Giáo trình Cung cấp điện (Bản đẹp)

Nội dung text: Giáo trình Cung cấp điện (Bản đẹp)

1. LỜI MỞ ĐẦU Giáo trình “Cung cấp điện” nhằm đáp ứng cho các cử nhân cao đẳng ngành cơ điện mỏ trường Cao đẳng kỹ thuật mỏ, được biên soạn nhằm phục vụ sự nghiệp đào tạo và cải cách giáo dục của Bộ giáo dục và Đào tạo. Giáo trình còn có thể làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ giảng dạy, cán bộ kỹ thuật, kỹ thuật viên công tác trong lĩnh vực Điện mỏ. Do công nghệ khai thác mỏ có những đặc thù riêng khác xa so với những công nghệ khác, vì vậy đòi hỏi hệ thống cung cấp điện có những đặc điểm và yêu cầu đặc biệt để đảm bảo các điều kiện kỹ thuật và vận hành an toàn thiết bị điện mỏ. Để đáp ứng yêu cầu đó, giáo trình đã giới thiệu một cách có hệ thống các kiến thức cơ bản, thể hiện tương đối đầy đủ nội dung phục vụ cho việc học tập và nghiên cứu của sinh viên. Giáo trình gồm hai phần: Phần I: Trạm điện xí nghiệp Trong phần này, giới thiệu những kiến thức cơ bản về hệ thống cung cấp điện, phụ tải điện, trạm biến áp xí nghiệp và các phương pháp tính toán ngắn mạch trong hệ thống điện cao và hạ áp. Phần II: Mạng điện xí nghiệp Trong phần này, giới thiệu những kiến thức cơ bản về mạng điện, nguyên tắc lựa chọn thiết bị và kỹ thuật bảo vệ rơ le trong hệ thống cung cấp điện, kỹ thuật chiếu sáng trong mỏ, phương pháp và đặc điểm cung cấp điện cho tàu điện cần vẹt và ắc quy, cũng như các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống điện xí nghiệp. Giáo trình do tập thể tác giả: Thạc sỹ Nguyễn Văn Chung chủ biên và Kỹ sư Bùi Văn Cồ Bộ môn Điện Trường cao đẳng kỹ thuật mỏ biên soạn. Tập thể tác giả chân thành cảm ơn BGH Trường cao đẳng kỹ thuật mỏ, lãnh đạo Khoa CĐ - TK, cùng các phòng ban nghiệp vụ và các cá nhân đã tạo điều kiện giúp đỡ động viên để hoàn thành tốt giáo trình này. Trong quá trình biên soạn, các tác giả đã cố gắng bám sát đề cương chương trình môn học đã được phê duyệt của Bộ giáo dục và Đào tạo, kết hợp với kinh nghiệm giảng dạy môn học này trong nhiều năm, đồng thời có chú ý đến đặc thù đào tạo các ngành của trường. Do trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc chắn rằng cuốn sách còn nhiều thiếu sót. Rất mong bạn đọc góp ý xây dựng. Trường mỏ, tháng 01 năm 2005 Các tác giả 1
2. Phần I. TRẠM ĐIỆN XÍ NGHIỆP Chương I. HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN I.1. Khái niệm chung về hệ thống cung cấp điện xí nghiệp Hệ thống cung điện xí nghiệp đảm nhiệm việc cung cấp điện năng một cách tin cậy, kinh tế và với chất lượng điện cho phép, tới các hộ dùng điện trong công nghiệp. Những hộ dùng điện này bao gồm chủ là các động cơ truyền động điện, các loại các lò điện, các thiết bị điện phân, hàn điện, thiết bị chiếu sáng v.v Hệ thống cung điện xí nghiệp là một bộ phận của hệ thống điện khu vực và quốc gia, nằm trong hệ thống năng lượng chung, phát triển trong qui luật của nền kinh tế quốc dân. Ngày nay do công nghiệp ngày càng phát triển, hệ thống cung cấp điện cũng ngày càng phức tạp, bao gồm các lưới điện: - Cực cao áp có cấp điện áp: U>800kV - Siêu cao áp có cấp điện áp : 330 kV< U< 800 kV - Cao áp có cấp điện áp : 66 kV< U< 220 kV - Trung áp có cấp điện áp : 1 kV<U<66 kV - Hạ áp có cấp điện áp : U 1kV Một trong các đặc trưng của xí nghiệp hiện đại là mức độ sử dụng quá trình công nghệ ngày càng tăng và hầu hết các xí nghiệp lớn đều nhận điện từ hệ thống điện khu vực hoặc quốc gia. Việc cung điện theo phương án này có rất nhiều ưu điểm như các nhà máy điện được xây dựng tập trung với công suất lớn tại các nguồn nguyên liệu nên giảm được giá thành điện năng, đồng thời việc phân phối điện hợp lý giữa các nhà máy sẽ nâng cao được độ tin cậy cung điện và giảm được độ dữ trữ chung của hệ thống. Như vậy, cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp. Việc qui hoạch, thiết kế hệ thống cung cấp điện xí nghiệp đòi ngày càng lớn và yêu cầu về kinh tế kỹ thuật ngày càng cao. Những vấn đề cần giải quyết khi thiết kế cung cấp điện xí nghiệp như: - Phương án tính toán kinh tế kỹ thuật chọn phương án cung cấp điện cho xí nghiệp, phân xưởng. 2
3. - Phương pháp xác định phụ tải điện xí nghiệp, cấp điện áp và công suất của các trạm biến áp. - Tính toán bù công suất phản kháng, nâng cao hệ số cos Mục tiêu chính của thiết kế hệ thống cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ đủ điện năng với chất lượng điện nằm trong phạm vi cho phép. Một phương án cung cấp điện điện được xem là hợp lý khi thoả mãn các yêu cầu sau: - Vốn đầu tư nhỏ. - Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cao tuỳ theo tính chất của hộ tiêu thụ. - Đảm bảo an toàn cho người vận hành và thiết bị. - Thuận tiện cho vận hành và sửa chữa. - Đảm bảo chất lượng điện năng chủ yếu là đảm bảo độ lệch và độ dao động điện áp bé nhất và nằm trong phạm vi cho phép so với định mức. Những yêu cầu trên thường mâu thuẫn nhau nên người thiết kế phải biết cân nhắc và kết hợp hài hoà tuỳ thuộc vào hoàn cảnh cụ thể. Ngoài ra, khi thiết kế cung cấp điện cũng phải chú ý đến những yêu cầu khác như: Khả năng mở rộng phụ tải sau này, rút ngắn thời gian xây dựng v.v I.2. Đặc điểm cung cấp điện xí nghiệp mỏ Khác với các ngành công nghiệp khác, việc cung cấp điện cho ngành khai thác mỏ có những đặc điểm riêng, do điều kiện môi trường và quá trình công nghệ quyết định. Những đặc điểm đó bao gồm: - Đa số các máy móc trong quá trình làm việc phải di chuyển thường xuyên hoặc định kỳ theo tiến độ của gương khai thác. Đặc điểm này đòi hỏi các thiết bị điện phải có khả năng nối vào mạng điện hoặc cắt ra khỏi mạng điện một cách nhanh chóng và dễ dàng. Việc cung cấp điện nhờ hệ thống cáp mềm và các ổ cắm điện. - Môi trường mỏ có độ ẩm cao, nhiều bụi bẩn nhất là trong các mỏ hàm lò thường xuất hiện các khí bụi nổ là nguyên nhân gây nổ bầu không khí mỏ khi sự cố khí hậu thời tiết khắc nghiệt. Đặc điểm này đòi hỏi các thiết bị phải có tính chống ẩm, chống rỉ cao, cách điện của thiết bị và dây dẫn phải cao để bản thân chúng không phải là nguyên nhân gây ra cháy nổ môi trường mỏ. - Không gian làm việc chật hẹp và hạn chế, nhất là trong các mỏ hàm lò. Vì vậy các thiết bị điện cần phải chế tạo gọn nhẹ, dễ dàng tháo lắp, lắp đặt. 3
4. - Áp lực cao ở nóc và hông lò dễ dàng làm cho đất đá bị sập đổ là nguy cơ phá hoại thiết bị điện. Đặc điểm này đòi hỏi các thiết bị điện phải được chế tạo có độ bền cơ học cao. - Các đường lò ẩm ướt, có hoạt tính hoá học cao kết hợp với bụi mỏ dẫn điện gây nguy hiểm về an toàn điện giật và hoả hoạn. Đặc điểm này đòi hỏi các thiết bị điện trong mỏ phải có tính chịu ẩm, chịu được nước mỏ. - Phạm vi hoạt động của công trường lộ thiên rất rộng. Các máy móc di động có công suất lớn lại ở các vị trí phân tán, vì vậy hệ thống dây dẫn và phân phối điện rất phức tạp, trên các tầng công tác vừa phải sử dụng cả điện cao áp lẫn điện hạ áp. Chính vì những đặc điểm trên việc cung cấp điện cho các xí nghiệp mỏ phải đảm bảo các yêu cầu sau: - An toàn: Dây dẫn cần chọn sao cho cả lúc làm việc bình thường cũng như lúc có sự cố không bị nung nóng quá mức để có thể gây hoả hoạn, nổ bầu không khí mỏ và làm già hoá nhanh chóng cách điện của cáp điện. - Hợp lý về kỹ thuật: Dây dẫn cần chọn với tiết diện đủ để đảm bảo mức điện áp cho phép trên cực phụ tải trong mọi chế độ làm việc cũng như sự cố. - Kinh tế: Cần chọn loại dây dẫn hợp lý theo quan điểm kinh tế đòi hỏi thoả mãn các yêu cầu về an toàn và kỹ thuật. - Độ bền cơ học: Tác dụng của ngoại lực không được gây ra ứng suất nguy hiểm trong vật liệu làm dây dẫn. I.3. Phân loại hộ dùng điện I.3.1. Phân loại hộ dùng điện Hộ tiêu thụ là một bộ phận quan trọng của hệ thống cung cấp điện. Tuỳ theo yêu cầu mức độ quan trọng mà hộ tiêu thụ được phân làm 3 loại sau: a. Hộ tiêu thụ loại 1: Là hộ tiêu thụ mà khi ngừng cung cấp điện sẽ dẫn đến nguy hiểm đối với tính mạng con người, gây thiệt hại lớn về kinh tế, ảnh hưởng lớn đến chính trị, quốc phòng của quốc gia v.v Các hộ dùng điện loại I bao gồm: + Đối với các xí nghiệp công nghiệp: Nhà máy hoá chất, văn phòng chính phủ, phòng mổ bệnh viện, lò luyện thép v.v + Đối với các xí nghiệp mỏ: - Quạt gió chính và các thiết bị phục vụ cho nó - Các thiết bị thông gió đặt ở giếng gió phụ trong các mỏ có khí nổ loại 3 và siêu hạng, quạt thông gió cục bộ cho các gương lò cụt. - Trạm thoát nước chính và cục bộ 4
5. - Trạm ép khí ở các mỏ khai thác vỉa dốc đứng trong trường hợp quạt cục bộ được truyền động bằng khí ép. - Bơm cứu hoả và các thiết bị để hạn chế sự xuất khí nổ từ các vỉa than - Trục tải trở người và các bị phục vụ cho nó Các phụ tải loại một kể trên phải được cung cấp từ hai nguồn độc lập và có trang bị hệ thống tự động đóng nguồn dự phòng vào làm việc. b. Hộ tiêu thụ loại 2: Là hộ mà khi ngừng cung cấp điện sẽ gây thiệt hại lớn về kinh tế như hư hỏng các bộ phận các máy móc thiết bị, gây phế phẩm, sản xuất bị ngừng trị, công nhân phải nghỉ việc. Các hộ dùng điện loại 2 bao gồm : * Đối với các xí nghiệp công nghiệp: Nhà máy cơ khí, nhà máy thực phẩm, các khách sạn lớn, trạm bơm tưới tiêu * Đối với xí nghiệp mỏ: - Các thiết bị trên mặt mỏ: Trục tải, trạm ép khí, các thiết bị chất dỡ và vận chuyển, các thiết bị ở xưởng tuyển khoáng. - Trong hầm lò các phụ tải loại 2 là tất cả các máy móc thiết bị tham gia vào dây chuyền sản xuất. Đối với các hộ loại 2 cho phép ngừng cung điện trong thời gian đóng nguồn dự phòng vào làm việc bằng tay. Việc cung cấp cho các phụ tải loại 2 được phép bằng một đường dây trên không, nếu là đường cáp 6 kV thì ít nhất phải có 2 đường. c. Hộ tiêu thụ loại 3: Là hộ tiêu thụ mà khi ngừng cung cấp điện không ảnh hưởng đáng kể đến quá trình sản xuất của xí nghiệp, phụ tải loại 3 bao gồm: Tất cả các máy móc phụ trợ, phân xưởng cơ điện, nhà kho, khu dân cư v.v Đối với hộ tiêu thụ loại 3 cho phép mất điện trong thời gian tương đối dài để sửa chữa và khắc phục sự cố, nhưng không quá 1 ngày đêm. Với các phụ tải loại này không cần có nguồn dự phòng. I.4. Sơ đồ cung cấp điện Để truyền tải điện năng từ nguồn cung cấp đến phụ tải có thể được thực hiện theo các sơ đồ sau đây: - Sơ đồ hướng kính với phụ tải được cung cấp từ một phía (hình I-1), ưu điểm của sơ đồ là dễ phát hiện chỗ bị hư hỏng, dễ dàng thực hiện các hình thức bảo vệ. Nhược điểm của sơ đồ là độ tin cây cung cấp điện thấp, vì thế sơ đồ được sử dụng để cung cấp điện cho phụ tải loại II và loại III (hình I-1.a). Để cung cấp cho phụ tải loại I cần phải bố trí đường dây dự phòng (hình I-1.b). Loại sơ đồ (hình I-1) 5
6. thường được áp dụng để cung cấp cho phụ tải ở gần nguồn (máy phát hoặc trạm biến áp chính, trạm biến áp vùng). HÖ thèng a, b, c, d, a: HÖ thèng b: HÖ thèng Hình I-1: Sơ đồ cung cấp Hình I-2: Sơ đồ mạch chính có một đầu cung cấp ướng kính a, đơn;b, kép a,đơn;b, kép; c,đơn thông qua; d,kép thông qua a: HÖ thèng b: HÖ thèng H×nh I-3: S¬ ®å m¹ch vßng kÝn a: vßng ®¬n. b: vßng th«ng qua ®¬n a: HÖ thèng b: HÖ thèng Hình I – 4: Sơ đồ mạch chính được cung cấp từ hai đầu: a: Kép rẽ nhánh sâu. b: Kép thông qua 6 Hệ thống Hệ thống
7. Sơ đồ mạch chính (hình I-2) thường được sử dụng để cung cấp cho các phụ tải nằm trên một hướng so với nguồn. Trong trường hợp các phụ tải ở gần mạch chính nên sở dụng sơ đồ thông qua (hình I-2.c,d) còn ở xa so với mạch chính thì sử dụng sơ đồ rẽ nhánh sâu ( hình I-2.a,b). Ưu nhược điểm của sơ đồ này cũng tương tự như sơ đồ (hình I-2). Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cần sử dụng biện pháp tự động đóng lặp lại sau khi cắt do sự cố và tự động đóng nguồn dự phòng. Sơ đồ mạch vòng (hình I-3). Trong sơ đồ này mỗi phụ tải được cung cấp từ hai phía. Sơ đồ rẽ nhánh sâu (hình I-3) có độ tin cậy cung cấp điện thấp, do đó chỉ được cung cấp cho các phụ tải loại I và loại II. Nhược điểm của sơ đồ mạch vòng là việc phát hiện chỗ sự cố phức tạp do đó hệ thống bảo vệ phức tạp. Sơ đồ cung cấp điện cho các xí nghiệp có công suất tiêu thụ lớn nên truyền tải đến trạm áp chính điện năng với cấp điện áp cao áp (đến 220kV). Việc phân phối điện trong nội bộ xí nghiệp cũng được thực hiện theo các sơ đồ trên đây. I.5. Các yêu cầu đối với việc lựa chọn phương án cung cấp điện. Việc lựa chọn phương án cung cấp điện bao gồm: Chọn điện áp, nguồn điện, sơ đồ nối dây, phương thức vận hành Phương án được chọn là hợp lý nếu thoả mãn các yêu cầu về chất lượng điện năng, tính cung cấp điện liên tục, tính an toàn và kinh tế, cũng như phải xét đến khả năng phát triển của xí nghiệp. I.5.1. Đảm bảo chất lượng điện năng Chất lượng điện năng được đánh giá theo các chỉ tiêu chủ yếu là tần số và điện áp. Các thông số này phải nằm trong phạm vi cho phép. a.Tần số: Được đánh giá theo hai chỉ tiêu sau: Độ lệch tần số là hiệu số trung bình trong khoảng thời gian 10 phút giữa giá trị thực tế của tần số cơ bản với giá trị định mức. Độ lệch cho phép bằng ± 0,1Hz (f=50 ± 0,1Hz). Dao động tần số là hiệu giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tần số cơ bản trong quá trình tần số thay đổi đủ nhanh với tốc độ thay đổi không bé hơn 0,2Hz/sec. Dao động tần số không được vượt quá 0,2Hz lên trên độ lệch cho phép 0,1Hz. 7
8. b. Điện áp: Được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau: Độ lệch điện áp là hiệu số giữa điện áp định mức U dm với điện áp thực tế U tt thường được tính trong hệ đơn vị tương đối: U U U% dm tt 100% (I-1) Udm Giá trị độ lệch điện áp không vượt quá -5% và +10% đối với động cơ xoay chiều –2,5% và +5% đối với đèn điện. Dao động điện áp U t là hiệu giữa điện áp lớn nhất U max và điện áp nhỏ nhất Umin trong quá trình điện áp thay đổi đủ nhanh với tốc độ không nhỏ hơn 1%/sec: Umax Umin U t 100,% (I-2) Udm Dao động điện áp cho phép được quy định cho từng loại phụ tải. Tính không đối xứng của điện áp được đặc trưng bằng giá trị điện áp thứ tự ngược tần số cơ bản U– tính bằng % so với điện áp định mức: 100 2 U–=.U fA a U fB aU fC ,% (I-3) 3U ïd Với Ufd- điện áp pha định mức; UfA, UfB, UfC- giá trị điện áp của các pha A, B, C; Tính không đối xứng của điện áp phải đảm bảo U 2%. I.5.2. Đảm bảo tính cung cấp điện liên tục Tính cung cấp điện liên tục phụ thuộc vào loại hộ dùng điện. Tuy nhiên trong điều kiện cho phép người ta cố gắng chọn phương án cung cấp điện càng cao càng tốt. 1.5.3. Đảm bảo tính an toàn Việc tổ chức hệ thống cung cấp điện, lựa chọn các phần tử trong hệ thống và việc trang bị các hình thức bảo vệ thích hợp để đảm bảo an toàn cho người, môi trường và các phần tử trong hệ thống. 8
9. 1.5.4. Đảm bảo tính kinh tế Việc tổ chức hệ thống cung cấp điện đã thoả mãn các yêu cầu kể trên, cần tính toán kinh tế để chọn phương án lợi nhất. Trong mỗi phương án các chi phí tính toán bao gồm: a. Chi phí đầu tư K gồm các chi phí để mua sắm và lắp đặt. b.Chi phí vận hành: C=CÄA+Cnc+Cbq+Ckh+Cmd+Cphụ (I- 4) trong đó: Chi phí tổn thất điện năng CÄA =Co. A, đồng/năm. A- tổn thất điện năng hàng năm, kW/năm. Co- đơn giá điện năng, đồng/kW.h. Cnc- chi phí để trả lương cho cán bộ, công nhân vận hành hệ thống được thiết kế, đồng/năm. Cbq- chi phí để tu sửa, bảo quản, đồng/năm. Ckh- chi phí khấu hao để phục hồi vốn cơ bản và để đại tu, đồng/năm Cmd- chi phí về thiệt hại do mất điện, đồng/năm. Cphụ- các chi phí phụ khác. Khi so sánh phương án thường bỏ qua Cnc và Cphụ vì không khác nhau mấy ở các phương án. Để so sánh hai phương án thường dùng phương pháp thời gian thu hồi chênh lệch vốn: Nếu KII>KI thì CII>CI thì phương án I là có lợi. Nếu KII>KI thì CII<CI thì thời gian thu hồi chênh lệch vốn đầu tư do tiết kiệm chi phí vận hành bằng: 9
10. K K T= II I , năm (I-5) CI CII Khi T Tqc thì phương án I có lợi: Với Tqc- thời gian quy chuẩn thu hồi vốn đầu tư, hiện tại ở Việt Nam lấy Tqc=5năm. Khi T≈Tqc thì các phương án có thể xem như là tương đương về kinh tế, việc chọn phương án nào là dựa trên cơ sở lập luận về tính thuận lợi trong vận hành, khả năng phát triển của hệ thống Để so sánh nhiều phương án thường dùng phương pháp chi phí tính toán hàng năm bé nhất. Chi phí tính toán hàng năm của mỗi phương án được tính bằng: Z=kqcK+C, đồng/năm. (I-6) trong đó kqc =1/Tqc. Câu hỏi và bài tập 1 - Đặc điểm cung cấp điện cho các xí nghiệp mỏ là gì ? Việc cung cấp điện cho xí nghiệp mỏ cần phải đảm bảo các yêu cầu nào ? 2 – Có mấy loại hộ dùng điện ? Việc phân hộ dùng điện như vậy nhằm mục đích gì ? 3 – Các yêu cầu cơ bản đối với việc lựa chọn phương án cung cấp điện ? Một phương án cung cấp điện được xem là hợp lý cần thoả mãn nhưỡng yêu cầu nào ? Hãy phân tích các yêu cầu đó ? 4 – Chất lượng điện năng được đánh giá qua các chỉ tiêu nào ? Các chỉ tiêu đó là gì ? 10
11. Chương II. PHỤ TẢI ĐIỆN CỦA XÍ NGHIỆP II.1. Đặt vấn đề Khi thiết kế hệ thống cung cấp điện cho một công trình nào đó nhiệm vụ đầu tiên của chúng ta là xác định phụ tải điện của công trình ấy. Tuỳ theo qui mô của công trình mà phụ tải điện phải được xác định theo phụ tải thực tế hoặc phải kể đến khả năng phát triển của xí nghiệp trong tương lai 5 năm, 10 năm hoặc lâu hơn nữa. Ví dụ xác định phụ tải điện cho một phân xưởng thì chủ yếu là dựa vào máy móc thực tế đặt trong phân xưởng đó, xác định phụ tải điện cho một xí nghiệp thì phải kể đến khả năng mỏ rộng của xí nghiệp trong tương lai gần. Như vậy xác định phụ tải điện là giải bài toán dự báo phụ tải ngắn hạn hoặc dài hạn. Việc dự báo phụ tải dài hạn là một vấn đề lớn và phức tạp ở đây không trình bày, khi cần bạn đọc có thể tham khảo ở tài liệu khác . Dự báo phụ tải ngắn hạn tức là xác định phụ tải của công trình ngay sau khi đi vào vận hành. Phụ tải đó gọi là phụ tải tính toán P tt. Người thiết kế cần biết phụ tải tính toán để lựa chọn các thiết bị điện như: Máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng cắt bảo vệ v.v Để tính tổn thất công suất, điện áp, chọn thiết bị bù v.v Như vậy phụ tải tính toán là một số liệu quan trọng để thiết kế hệ thống cung cấp điện. II.2. Đồ thị phụ tải Đồ thị phụ tải đặc trưng cho sự tiêu dùng năng lượng điện của các thiết bị điện riêng lẻ, của phân xưởng cũng như của toàn xí nghiệp. Nó là một hàm theo thời gian và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như đặc điểm của quá trình công nghệ, chế độ vận hành v.v Đường biểu diễn sự thay đổi của phụ tải tác dụng P phụ tải phản kháng Q hoặc dòng điện I theo thời gian gọi là đồ thị phụ tải tác dụng, phụ tải phản kháng và đồ thị phụ tải dòng điện. 11
12. Đối với mỗi loại hộ tiêu thụ của một ngành công nghiệp đều có thể đưa ra một dạng đồ thị phụ tải điển hình. Khi thiết kế nếu biết đồ thị phụ tải điển hình, ta sẽ có căn cứ để chọn thiết bị điện và tính điện năng tiêu thụ. Lúc vận hành, nếu biết đồ thị phụ tải điển hình thì có thể định phương thức vận hành các thiết bị sao cho kinh tế và hợp lý nhất. II.2.1. Đồ thị phụ tải hàng ngày Là đồ thị phụ tải trong một ngày đêm 24 giờ. Trong thực tế vận hành có thể dùng dụng đo tự ghi để vẽ đồ thị phụ tải, hay do nhân viên vận hành ghi lại sau từng khoảng thời gian nhất định. Để thuận lợi khi tính toán đồ thị phụ tải được vẽ theo hình bậc thang như (hình I-1. a, b) 1 2 1 2 P % Q% 8 0 6 0 80 4 0 60 2 0 40 0 4 8 12 16 20 24h 0 4 8 12 16 20 24h a, b, Hình II-1: Đồ thị phụ tải ngày a- Phụ tải tác dụng; b- Phụ tải phản kháng 1- Phụ tải thực tế; 2- Phụ tải ngày nghỉ II.2.2. Đồ thị phụ tải hàng tháng Là đồ thị được xây dựng theo phụ tải tải trung bình hàng tháng. Nghiên cứu đồ thị phụ tải này ta có thể biết được nhịp độ làm việc của các hộ tiêu thụ và từ đấy có thể định ra lịch vận hành sửa chữa thiết bị hợp lý, đáp được yêu cầu thực tế sản xuất (hình II-2 ) P(kW) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tháng 12
13. Hình II-2: Đồ thị phụ tải tháng P(kw) P(kw) t P(kw) t2 1 P1 P2 0 8 16 24h 0 8 16 24h 0 2.103 4.103 6.103 8.103 8760h 1) 2) 3) Hình II-3: Đồ thị phụ tải năm 1. Đồ thị phụ tải điển hình của một ngày mùa hè 2. Đồ thị phụ tải điển hình của một ngày mùa đông 3. Đồ thị phụ tải năm II.2.3. Đồ thị phụ tải năm Là dạng đồ thị được xây dựng căn cứ vào đồ thị phụ tải điển hình của một ngày của mỗi mùa mà ta có thể vẽ được đồ thị phụ tải năm (hình II-3:1,2,3). Nghiên cứu đồ thị phụ tải hàng năm ta biết được điện tiêu thụ hàng năm và thời gian sử dụng công suất lớn nhất T max. Những số liệu này được dùng để chọn dung lượng máy biến áp, chọn thiết bị điện và đánh giá mức độ sử dụng điện và tiêu hao điện năng. II.3. Các tham số đặc trưng của phụ tải điện Thiết bị dùng điện hay còn gọi là thiết bị tiêu thụ là những thiết bị tiêu thụ điiện năng như: Động cơ điện, lò điện, đèn điện v.v Hộ tiêu thụ là tập hợp các thiết bị điện của phân xưởng hay xí nghiệp hoặc của khu vực. Phụ tải điện là một đặc trưng cho công suất tiêu thụ của các thiết bị hoặc các hộ tiêu thụ điện năng. 13
14. II.3.1. Công suất định mức Pđm của một thiết bị tiêu thụ điện Là công suất ghi trên nhãn hiệu máy hay công suất ghi trong lý lịch máy. Đối với động cơ công suất định mức ghi trên nhãn máy chính là công suất cơ trên trục động cơ. Công suất đầu vào của động cơ gọi là công suất đặt. Vậy công suất đặt của động cơ là: Pđ = Pđm/đc, (II-1) trong đó: đc- là hiệu suất định mức của động cơ. Vì đc= 0.8 0.9 khá cao nên để tính toán đơn giản cho phép lấy Pđ= Pđm II.3.2. Công suất đặt Pđ a- Đối với thiết bị chiếu sáng công suất đặt là công suất tương ứng với số ghi trên đế hay bầu đèn b- Đối với các thiết bị điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại: Như cần trục, máy hàn, khi tính phụ tải điện của chúng, ta phải qui đổi về công suất định mức ở chế độ làm việc dài hạn, tức là qui đổi về chế độ làm việc có hệ số tiếp điện %= 100%. Công suất qui đổi như sau: - Đối với động cơ: Pđ = Pđm dm (II-2) - Đối với máy biến áp hàn : Pđ = Sđm. cos đm dm , (II-3) trong đó: Pđ- công suất định mức đã qui đổi về chế độ làm việc dài hạn Pđm, Sđm, cos đm, đm- là các tham số định mức đã cho trong lý lịch máy II.3.3. Phụ tải trung bình Ptb Phụ tải trung bình là một đặc trưng tĩnh của phụ tải trong một thời gian nào đó, tổng phụ tải trung bình của các thiết bị cho ta căn cứ để đánh giá giới hạn dưới của phụ tải tính toán. Trong thực tế phụ tải trung bình được tính theo công thức sau: ptb= P/ t ; qtb = Q/ t (II-4) trong đó : P, Q - điện năng tiêu thụ trong khoảng thời gian khảo sát; ( kW.h, kVAR.h) t - thời gian khảo sát, phụ tải trung bình của 1 nhóm thiết bị được tính theo công thức sau: Ptb = pi ; Qtb= qi (II-5) Biết phụ tải trung bình có thể đánh giá được mức độ sử dụng thiết bị, mức độ khai thác thiết bị. Phụ tải trung bình là số liệu quan trọng để xác định phụ tải tính toán, tính tổn hao điện năng v.v Thông thường phụ tải trung bình được xác định ứng với một ca làm việc, một tháng hoặc một năm. 14
15. II.3.4. Phụ tải cực đại Pmax Phụ tải cực đại Pmaxđược chia làm 2 nhóm: a. Phụ tải cực đại Pmax Là phụ tải trung bình lớn nhất trong khoảng thời gian tương đối ngắn (thường lấy bằng 5,10 hoặc 30 ph) ứng với ca làm việc lớn nhất trong ngày. Đôi khi người ta dùng phụ tải cực đại được xác định như trên làm phụ tải tính toán, tính tổn thất công suất lớn nhất, để lựa chọn các thiết bị, chọn dây dẫn và cáp theo điều kiện mật độ dòng kinh tế v.v b. Phụ tải đỉnh nhọn Pđn Là phụ tải cực đại xuất hiện trong khoảng thời gian 1-2s. Phụ tải đỉnh nhọn được dùng để kiểm tra dao động điện áp, điều kiện khởi động của động cơ, kiểm tra điều kiện làm việc của cầu chì, tính dòng khởi động của rơ le bảo vệ v.v II.3.5. Phụ tải tính toán Ptt Phụ tải tính toán là số liệu cơ bản dùng để thiết kế cung cấp điện. Phụ tải tính toán Ptt là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi tương đương với phụ tải thực tế (biến đổi ) về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất. Nói một cách khác phụ tải tính toán cũng làm nóng dây dẫn lên tới nhiệt độ bằng nhiệt độ lớn nhất do phụ tải phụ tải thực tế gây ra. Như vậy nếu chọn các thiết bị điện theo phụ tải tính toán thì có thể đảm bảo an toàn (về mặt đốt nóng) cho các thiết bị đó trong mọi trạng thái vận hành. Quan hệ giữa phụ tính toán với các phụ tải khác được nêu trong bất đẳng thức sau : Ptb Ptt Pmax Phụ tải tính toán thường được lấy bằng phụ tải trung bình của phụ tải lớn nhất xuất hiện trong khoảng 30 phút. II.3.6. Hệ số sử dụng ksd: Là tỉ số giữa phụ tải tác dụng trung bình với công suất của thiết bị. Hệ số sử dụng được tính sau : - Đối với một thiết bị: ksd =Ptb / Pđm (II-6) - Đối với một nhóm có n thiết bị: n n ksd =Ptb / Pđm = ptbi /  pdmi (II-7) i 1 i 1 Nếu có đồ thị phụ tải như (hình II-4) thì hệ số sử dụng được tính theo công thức sau: P1 t 1 P 2 t 2 P n t n k sd (II-8) P dm ( t 1 t 2 t n ) 15
16. Hệ số sử dụng nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác công suất thiết bị điện trong một chu kỳ làm việc. Hệ số sử dụng là một số liệu quan trọng để tính phụ tải tính toán. II.3.7. Hệ số phụ tải kpt Hệ số phụ tải còn gọi là hệ số mang tải là hệ số giữa công suất thực tế với công suất định mức, thường ta phải xét hệ số mang tải trong khoảng thời gian nào đó, vì vậy: kpt = Ptt / Pđm = Ptb / Pđm (II-9) Nếu có đồ thị phụ tải như trên thì ta cũng có thể tính hệ số phụ tải theo công thức trên. Hệ số phụ tải cũng nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác thiết bị trong thời gian đang xét P(kW ) P1 P3 P2 Pn t t t t t 1 2 3 T n Hình II- 4: Đồ thị phụ tải tác dụng II.3.8. Hệ số cực đại kmax Hệ số cực đại là tỉ số giữa phụ tải tính toán và phụ tải trung bình trong khoảng thời gian đang xét kmax = Ptt / Ptb (II-10) Hệ số cực đại thường được tính ứng với ca làm việc có phụ tảilớn nhất , nó phụ thuộc vào hệ số thiết bị hiệu quả n hq , hệ số sử dụng ksd và các yếu tố đặc trưng cho các thiết bị làm việc trong nhóm . Công thức tính k max rất phức tạp, trong thực tế để tính kmax người ta dựa vào đường cong k max = f( ksd, nhq) hoặc tra bảng. Hệ số kmax thường tính cho phụ tải tác dụng. II.3.9. Hệ số nhu cầu knc Là tỉ số giữa phụ tải tính toán với công suất định mức: knc = Ptt / Pđm= kmax. ksd (II-11) Cũng như hệ số cực đại, hệ số nhu cầu thường tính cho phụ tải tác dụng. Trong thực tế hệ số nhu cầu thường do kinh nghiệm vận hành mà tổng kết lại. II.3.10. Hệ số thiết bị hiệu quả nhq 16
17. Số thiết bị hiệu quả nhq là số thiết bị giả thiết có cùng công suất và chế độ làm việc, chúng đòi hỏi phụ tải bằng phụ tải tính toán của nhóm phụ tải thực tế ( gồm các thiết bị có chế độ làm việc và công suất khác nhau ) công thức để tính n hq như sau: n n 2 2 n hq ( pdmi ) / (pdmi ) (II-12) i 1 i 1 Khi số thiết bị dùng điện trong nhóm n 5 tính nhq theo công thức trên khá phiền phức, vì vậy trong thực tế người ta tìm n hq theo bảng hoặc theo đường cong cho trước, trình tự tính như sau: n* = n1/ n ; P* = P1/ P (II-13) trong đó: n- số lượng thiết bị trong nhóm; n1- số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất; P và P1 - tổng công suất tương ứng với n và n1 thiết bị; * Sau khi tính được n* và P* thì tra bảng hoặc đường cong để tìm nhq từ đó tính nhq theo công thức: * n hq n hq .n (II-14) Số thiết bị hiệu quả là một trong những số liệu quan trọng để xác định phụ tải tính toán. II.4. Các phương pháp tính phụ tải tính toán Phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Như công suất và số lượng các máy, chế độ vận hành của chúng, qui trình công nghệ sản xuất, trình độ vận hành của công nhân v.v Vì vậy để xác định chính xác phụ tải tính toán là một nhiệm vụ rất khó khăn nhưng quan trọng. Bởi vì nếu phụ tải tính toán được xác định nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ giảm tuổi thọ các thiết bị, có khi dẫn tới cháy nổ rất nguy hiểm. Nếu phụ tải tính toán lớn hơn phụ tải thực tế nhiều thì các thiết bị được chọn sẽ quá lớn so với yêu cầu, do đó gây lãng phí. Do tính chất quan trọng như vậy nên từ trước tới nay đã có nhiều công trình nghiên cứu và có nhiều phương pháp tính phụ tải điện. Song vì phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố cho nên cho đến nay chưa có phương pháp nào hoàn toàn chính xác và tiện lợi. Những phương pháp đơn giản, tính toán thuận tiện, thường cho kết quả không thật chính xác. Ngược lại nếu độ chính xác được nâng cao thì phương pháp tính lại phức tạp. Vì vậy tuỳ theo giai đoạn thiết kế, tuỳ theo yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp tính cho thích hợp. Sau đây sẽ trình một số phương pháp xác định phụ tải tính toán thường dùng nhất. II.4.1. Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu Để tính phụ tải tính toán theo phương pháp này người ta thường tiến hành chia phụ tải thành các nhóm sau : - Nhóm các phụ tải cùng loại 17
18. - Nhóm các phụ tải cùng dây truyền công nghệ - Nhóm các phụ tải cùng khu vực công tác (cùng vị trí địa lý) v.v - Công thức tính như sau : n Ptt = knc  pdi (II-15) i 1 Qtt = Ptt tg (II-16) 2 2 Stt = Ptt Qtt = Ptt/ cos (II-17) Một cách gần đúng có thể lấy Pđ = Pđm do đó: n Ptt = knc  pdmi (II-18) i 1 trong đó: Pđi, Pđmi - công suất đặt và công suất định mức của phụ tải thứ i Ptt, Qtt, Stt- công suât tác dụng, công suất phản kháng, công suất toàn phần tính toán của nhóm thiết bị; kW, kVAr, kVA; n- số thiết bị trong nhóm; Nếu hệ số cos của các thiết bị trong nhóm không giống nhau thì phải tính hệ số công suất trung bình theo công thức: p1 cos 1 p2 cos 2 pn cos n cos tb = (II-19) p1 p2 pn Hệ số nhu cầu của các máy khác nhau cho trong các sổ tay cung cấp điện. Phương pháp hệ số nhu cầu có ưu điểm đơn giản, thuận tiện. Vì thế nó là một trong các phương pháp được dùng rộng rãi. Nhược điểm chủ yếu của phương pháp là kém chính xác. Vì hệ số nhu cầu tra trong sổ tay là một số liệu cố định cho trước không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm. Trong lúc đó, ta có knc = ksd. kmax có nghĩa là phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm. Vì vậy, nếu chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm thay đổi nhiều thì kết quả tính phụ tải tính toán theo hệ số nhu cầu không chính xác. II.4.2. Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất Công thức tính như sau: Ptt = p0. F, (II-20) 2 2 trong đó: p 0- Suất phụ tải trên 1m diện tích sản xuất kw/m (có thể được tra trong các sổ tay). F- Diện tích sản xuất m2(tức là diện tích dùng để đặt máy sản xuất ) Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng, vì vậy nó thường dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ và cũng được dùng để tính phụ tải các phân xưởng có mật độ 18
19. máy móc sản xuất phân bố tương đối đều, như phân xưởng gia công cơ khí, dệt, sản xuất ôtô, vòng bi v.v II.4.3. Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm Công thức tính: M.W0 Ptt = (II-21) Tmax trong đó: M- Số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong 1năm; W0- Suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm; Tmax- Thời gian sử dụng công suất lớn nhất; h Phương pháp này thường dùng để tính toán cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải ít biến đổi: Như quạt gió, bơm nước, máy nén khí, thiết bị điện phân v.v Khi đó phụ tải tính toán gần bằng phụ tải trung bình và kết quả tương đối chính xác. II.4.4. Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại k max và công suất trung bình (còn gọi là phương pháp thiết bị hiệu quả nhq) Khi cần nâng cao độ chính xác của phụ tải tính toán thì nên dùng phương pháp tính theo hệ số cực đại: Công thức tính: Ptt = kmax . ksd.Pđm (II-22) trong đó: Pđm- Công suất định mức, kw ksd- Hệ số sử dụng được tra trong các sổ tay cung cấp điện kmax - Hệ số cực đại được tính theo đường cong k max = f( ksd, nhq ) hoặc tra bảng. Phương pháp này cho kết quả tương đối chính xác vì khi xác định số thiết bị hiệu quả, ta đã xét đến một loạt các yếu tố quan trọng như ảnh hưởng của số lượng thiết bị trong nhóm, số thiết bị có công suất lớn cũng như sự khác nhau về chế độ làm việc của chúng. Khi tính phụ tải theo phương pháp này, trong một số trường hợp cụ thể có thể dùng các công thức gần đúng sau : 1- Trường hợp n 3 và nhq 4 phụ tải tính toán được tính theo công thức: n Ptt =  pdmi (II-23) i 1 đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thì: Sdm . dm Stt = (II-24) 0.875 2- Trường hợp n 3 và nhq 4 phụ tải tính toán được xác định theo công thức: 19
20. n Ptt =  k pt .pdmi (II-25) i 1 trong đó: kpt - Là hệ số phụ tải của từng máy, nếu không có số liệu chính xác thì hệ số phụ tải có thể được lấy gần đúng như sau: - kpt = 0,9 đối với thiết bị làm việc ở chế dộ dài hạn; - kpt = 0,75 đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại; 3- Đường cong kmax = f( ksd , nhq ) chỉ cho đến trị số nhq = 300. Nếu nhq 300 và ksd 0.5 thì lấy hệ số cực đại kmax được ứng với nhq = 300. Còn khi nhq 300 và ksd 0.5 thì: Ptt = 1,05. ksd. Pđm (II-26) 4- Đối với các thiết bị có đồ thị phụ tải bằng phẳng (như các máy bơm, quạt, máy nén khí v.v ) phụ tải tính toán có lấy bằng phụ tải trung bình Ptt = Ptb = ksd. Pđm (II-27) 5- Nếu trong mạng có các phụ tải 1 pha thì phải cố gắng phân phối đều các thiết bị đó lên 3 pha của mạng. Câu hỏi và bài tập 1 – Phụ tải điện của xí nghiệp là gì ? Thế nào là đồ thị phụ tải điện ? Đồ thị phụ tải điện đặc trưng cho cái gì ? 2 – Có mấy loại đồ thị phụ tải điện ? Mục đích của việc xây dựng các loại đồ thị phụ tải điện để làm gì ? 3 – Các tham số đặc trưng của phụ tải điện là gì ? 4 – Phụ tải tính toán là gì ? Mục đích của việc xác đích phụ tải tính toán của xí nghiệp ? Các phương pháp xác định phụ tải tính toán, ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của các phương pháp đó ? Bài tập 1: Yêu cầu xác định phụ tải điện của nhóm máy công cụ có các số liệu cho ở bảng sau: TT Tên máy Số lượng Uđm (v) Pđm Cos Đặc điểm (KW) 1 Cần trục 1 380 14 0,8 kđ % = 36 2 Biến áp hàn 1 380 12 0,4 kđ % = 49 3 Máy mài thô 2 380 10 0,85 4 Máy mài tinh 2 380 7 0,85 5 Máy tiện 3 380 5,5 0,7 6 Máy khoan 3 380 4,5 0,85 7 Quạt gió 1 380 1,7 0,82 20
21. Bài tập 2: Hãy xác định phụ tải tính toán của phân xưởng phục vụ cho công tác sửa chữa, có các số liệu cho ở bảng sau: T Tên máy Số lượng Uđm (v) Pđm Cos T (KW) 1 Máy tiện đứng 1 380 15 0,8 2 Máy khoan đứng 1 380 4 0,8 3 Máy khoan bàn 1 220 0,6 0,85 4 Biến áp hàn kđ % = 1 380 24 kVA 0,4 25 5 Máy mài 1 380 2,8 0,8 6 Máy đột dập 24 tấn 1 380 15 0,8 Bài tập 3: Xác định phụ tải tính toán của một phân xưởng sàng mỏ, có các phụ tải cho ở bảng sau: T Tên máy Số Uđm (v) Pđm Cos Hiệu suất T lượng (KW) đm 1 Băng tải 8 380 30 0,84 0,9 2 Sàng 4 380 10 0,86 0,9 3 Động cơ cấp liệu 1 220 11 0,86 0,85 4 Bơm cấp liệu 1 380 2,8 0,86 0,89 21
22. Chương III. TRẠM BIẾN ÁP XÍ NGHIỆP III.1. Khái quát và phân loại Các trạm điện của xí nghiệp là nguồn cung cấp điện cho các phụ tải trong nội bộ xí nghiệp. Tuỳ theo nguồn cung cấp điện năng mà trạm điện của xí nghiệp có thể là: 1. Trạm phát điện cục bộ: Trạm gồm các máy phát điện để cung cấp đủ điện năng cho các phụ tải dùng điện trong xí nghiệp. Trạm phát điện cục bộ chủ yếu chỉ có ở trong các xí nghiệp không thể cung cấp điện từ hệ thống điện quốc gia do lý do kinh tế quá lớn, hoặc do kỹ thuật không thể khắc phục được, ví dụ như ở các giàn khoan ngoài biển khơi. 2. Trạm biến áp chính: Trạm nhận điện từ hệ thống điện có điện áp 15 220kV biến đổi thành cấp điện áp 15kV, 10kV hay 6kV. Cá biệt có khi xuống đến 0,4kV. 3. Trạm hỗn hợp: Trạm này gồm các máy biến áp nhận điện từ hệ thống điện, đồng thời được bố trí một số máy phát cục bộ. Loại trạm này thường được sử dụng trong trường hợp xí nghiệp có nhiều phụ tải loại I nhưng vì lý do kinh tế mà không đảm bảo dự phòng chắc chắn là nguồn cung cấp là hệ thống điện . Về phương diện cấu trúc thường phân ra trạm ngoài trời và trạm trong nhà. Trạm ngoài trời: Loại trạm này chủ yếu áp dụng đối với trạm biến áp chính của xí nghiệp. Ở trạm này các thiết bị phía điện áp cao và máy biến áp đặt ở ngoài trời, còn phần phân phối điện áp thấp đặt ở trong nhà. Việc xây dựng trạm ngoài trời sẽ tiết kiệm được kinh phí xây dựng hơn so với trạm trong nhà. Trạm trong nhà: Ở trạm này, tất cả các thiết bị đều được đặt trong nhà. III.2. Chọn vị trí trạm Vị trí trạm điện chính cần thoả mãn các điều kiện chủ yếu sau: - Gần tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp điện đưa đến; - An toàn, liên tục cung cấp điện; - Thao tác vận hành và bảo quản dễ dàng; 22
23. - Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành hành năm là bé nhất; - Ngoài ra nếu có các yêu cầu đặc biệt như có khí ăn mòn, bụi bặm nhiều, môi trường dễ cháy cũng cần được lưu ý. Hệ thống cung cấp điện trong phạm vi xí nghiệp được xem là tối ưu, nghĩa là có chi phí tính toán hàng năm là bé nhất nếu vị trí trạm được bố trí ở tâm phụ tải. Tâm phụ tải được xác định như sau: Trên bản đồ mặt bằng của xí nghiệp, xác định hình tròn phụ tải của từng phân xưởng có tâm đặt ở vị trí đặt máy biến áp hoặc trạm phân phối của phân 2 xưởng diện tích hình tròn ẽ.R 1 với tỷ lệ xích m bằng phụ tải tính toán của phân xưởng. 2 P1= ẽ.R1 .m. (III-1) Từ đó bán kính của vòng tròn: P1 R1= (III-2) ,m Trong đó: P1- công suất tính toán của phân xưởng, kW. m- tỷ lệ xích, kW/cm2. Trên biểu đồ mặt bằng của xí nghiệp định ra một hệ trục toạ độ xoy, do đó xác định tậm hình tròn phụ tải của phân xưởng thứ i là xi, yi. Tâm phụ tải của xí nghiệp là trọng tâm của các hình tròn phụ tải của phân xưởng và bằng: n n  pi xi  pi yi x 1 ; y 1 ; (III-3) 0 n 0 n  pi  pi 1 1 III.3. Sơ đồ nối dây của trạm Sơ đồ nối dây của trạm phải thoả mãn điều kiện: - Đảm bảo tính cung cấp điện liên tục theo yêu cầu của phụ tải; - Sơ đồ nối dây rõ ràng, thuận tiện trong vận hành và sử lý sự cố; - An toàn lúc vận hành và lúc sửa chữa; - Hợp lý về kinh tế trên cơ sở đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật; 23
24. Với xí nghiệp nhận được điện năng từ hệ thống thì trạm điện được thực hiện theo dạng sau: - Nối đến hệ thống năng lượng bằng một hay hai tuyến đường dây với điện áp định mức bao gồm giữa 15, 35 và 110kV. - Phía điện áp từ hệ thống đưa đến thường dùng sơ đồ không có thanh cái (khối đơn hay hai khối, có hay không có đường dây nối ngang qua). - Phía điện áp thứ cấp dùng sơ đồ với thanh cái đơn hay thanh cái kép. - Số lượng máy biến áp được biến thiên giữa một và ba, và thông dụng nhất là trạm với hai máy biến áp. - Sau đây sẽ giới thiệu một số sơ đồ nối dây của các loại trạm khác nhau. 1. Sơ đồ trạm một máy biến áp Hệ thống 15, (35, 220kV) ( hình III-1): Loại trạm này thường để phục vụ cho các hộ tiêu thụ loại II và loại III. Loại trừ trường hợp có thêm máy phát cục bộ hoặc có Máy cắt đường dây dự phòng đưa điện áp hạ áp từ nơi khác Cầu dao phụ tải đến và bố trí tự động đóng nguồn dự phòng thì có thể phục vụ cho hộ tiêu thụ loại I với tải không lớn. Máy biến áp 2. Sơ đồ trạm hai đường dây cung cấp Máy cắt hai máy biến áp ( hình III-2). Thanh cái 6 (10kV) Loại trạm này tương ứng với những điều kiện bảo đảm yêu cầu tốt nhất của hộ tiêu thụ Tủ phân phối loại I. hạ áp Trên phần điện áp phía sơ cấp thường dùng sơ đồ hình H kinh tế hơn sơ đồ có thanh Hình III.1. Sơ đồ trạm một máy biến áp cái. Trên phần điện áp phía thứ cấp thường dùng sơ đồ thanh cái đơn hay kép, có phân đoạn hay không phân đoạn tuỳ theo số lượng các khởi hành. Với trạm loại này có thể áp dụng các hình thức dự phòng sau: - Dự phòng nguội: Trong đó có một hệ thống làm việc, một hệ thống dự phòng hoàn toàn. 24
25. động hoặcdongườitrựctrạm. còn lạiđượcthựchiện tự các phụtải cho cấp cung quan trọng.Việccắt II tải loại và nhữngphụ I cho phụtảiloại cung cấp còn lạisẽ các hệ thống thì một hệthống HÖ thèng HÖ thèng sự cốở ra khi xảy làm việc, hai hệthống bình thườngcả nóng: phòng - Dự 1A 1B IA IB 2B 5A 2A 3A 3B 5B 4A IIIB 4B PBC-35 PBC-35 TM-3200/35/6,3 TM-3200/35/6,3 ZHOM-35 ZHOM-35 25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Phô t¶i Phô t¶i Hình III-2. Sơ đồ điện trạm hai máy biến áp
26. không cao. cung cấp phía dây tin cậy của đường quan trọng,hơnnữađộ I nhiều phụtải loại có xí nghiệp các cho này chỉđượcsửdụng áp. Loại máy biến phía thứcấpcủa áp áp tươngứngvớiđiệnphát điện vớicấpđiệnphát cụcbộ, máy các thêm trí được bố còn trạm cao liên tục cung cấp điện tính III-2), nhưngđểđảmbảo hình hệ thống( 2 này tươngtựnhưtrạm III-3). Loại trạm (hình cung cấphỗnhợp 3. Sơđồ 35kV 35kV CDT§1 CDT§2 CDCL1 CDCL1 Mc1 Mc2 10mva 10mva 35/6kv 35/6kv Phô t¶i 26 M¸y ph¸t M¸y ph¸t M¸y ph¸t M¸y ph¸t H×nh III-3. S¬ ®å ®iÖn tr¹m hçn hîp
27. 4. Sơ đồ trạm hai máy biến áp ba cuộn dây (hình III- 4). Sơ đồ này được sử dụng trong trường hợp phạm vi của xí nghiệp rộng, công suất tiêu thụ lớn do đó cần phải có hai cấp điện áp ( trung áp và hạ áp) để cung cấp cho các phụ tải ở gần trạm và xa trạm. Việc sử dụng các trạm có nhiều hơn hai máy sẽ làm sơ đồ điện phức tạp, số thiết bị đóng cắt, dụng cụ đo lường và thiết bị bảo vệ tăng lên nhiều, do đó làm tăng vốn đầu tư cho trạm. Hệ thống năng lượng HTTC 35kV 110kV làm việc HT thanh cái dự trữ HTTC HT thanh cái 1TC dự trữ dự trữ 10kV HT thanh cái làm việc HT thanh cái dự trữ 27 Hình III-4. Sơ đồ điện trạm biến áp ba cuộn dây
28. III.4. Tính chọn dung lượng máy biến áp III.4.1. Điều kiện chọn máy biến áp Chọn dung lượng máy biến áp theo điều kiện: - Đối với trạm một máy: Sđm Stt (III-4) - Đối với trạm nhiều máy: nSđm Stt (III-5) trong đó: n - Số lượng máy biến áp trong trạm Sđm- Công suất định mức của máy biến áp ; KVA Stt - Công suất tính toán của phân xưởng hoặc xí nghiệp; KVA Ngoài ra, khi chọn máy biến áp còn phải đảm bảo các điều kiện sau: - Điện áp phía sơ cấp U1đm phải phù hợp với điện áp phía cao áp của lưới điện - Điện áp phía thứ cấp U2đm phải phù hợp với điện áp của phụ tải. - Đúng chủng loại và phạm vi sử dụng. * Số lượng và công suất máy biến áp được xác định theo các tiêu chuẩn kinh tế kỹ thuật sau đây: - An toàn, liên tục cung cấp điện - Vốn đầu tư bé nhất - Chi phí vận hành hàng năm bé nhất - Ngoài cần lưu ý đến việc: + Tiêu tốn kim loại màu ít nhất + Các thiết bị và khí cụ phải được mua và nhập dễ dàng v.v - Dung lượng của máy biến áp trong một xí nghiệp nên đồng nhất, ít chủng loại để giảm dung lượng và số lượng máy biến áp dự phòng. - Sơ đồ nối dây của trạm nên đơn giản, chú ý đến sự phát triển của phụ tải sau này * Sau đây ta lần lượt xét các tiêu chuẩn nêu trên: a. Đảm bảo liên tục cung cấp điện Muốn thực hiện yêu cầu này, ta có thể dự kiến thêm một đường dây phụ nối từ thanh cái điện áp thấp của một trạm biến áp khác của xí nghiệp nếu xí nghiệp có từ hai trạm biến áp trở lên. Hoặc về số lượng máy biến áp trong một trạm ta có thể 28
29. bố trí thêm một máy dự trữ, trong trường hợp sự cố máy này sẽ vận hành. Về phương diện công suất, trạm biến áp cung cấp điện cho các phụ tải loại I nên dùng 2 máy. Khi công suất của các phụ tải loại I bé hơn 50% tổng công suất của phân xưởng đó thì ít nhất mỗi một máy phải có dung lượng bằng 50% công suất cuả phân xưởng đó. Khi công suất của các phụ tải loại I lớn hơn 50% tổng công suất của phân xưởng đó thì mỗi một máy biến áp phải có dung lượng bằng 100% công suất cuả phân xưởng đó. Ở chế độ làm việc bình thường cả 2 máy biến áp làm việc, còn trong trường hợp sự cố một máy thì ta sẽ chuyển toàn bộ phụ tải về máy không sự cố. Khi đó ta sử dụng khả năng quá tải của hoặc ta sẽ ngắt các hộ tiêu thụ không quan trọng. b.Vốn đầu tư bé nhất: Để thực hiện chỉ tiêu vốn đầu tư bé nhất thì số lượng máy biến áp đặt trong trạm biến áp phải ít nhất. Kết quả của việc giảm số lượng máy biến áp trong trạm sẽ đưa đến đơn giản hoá sơ đồ điện, tiết kiệm được thiết bị đóng cắt, dụng cụ đo lường và thiết bị bảo vệ rơ le, đồng thời từ đó nâng cao được độ tin cậy cung cấp điện. Việc sử dụng hợp lý dung lượng quá tải của máy biến áp cho phép giảm được công suất đặt và do đó thực hiện được tiết kiệm vốn đầu tư. * Đối với các máy biến áp trong chế độ vận hành bình thường có thể sử dụng 3 qui tắc quá tải sau đây: 1. Quá tải cho phép trên cơ sở thay đổi phụ tải hàng ngày Khi đường cong đồ thị phụ tải hàng ngày của máy biến áp có hệ số điền kín Stb bé hơn 100% (kđk = 100%) thì cứ mỗi sự giảm 10% của hệ số điền kín sẽ S max cho phép quá tải 3% so với công suất định mức của máy biến áp. Qui tắc này chỉ áp dụng khi nhiệt độ không khí xung quanh không quá 300C 100 k % 3. dk ; [%] (III-6) 3% 10 qui tắc này còn được gọi là qui tắc quá tải 3%. 2. Quá tải cho phép trên cơ sở non tải trong thời gian mùa hè Nếu phụ trung bình cực đại hàng ngày trong các tháng 6,7,8 của mùa hè mà nhỏ hơn công suất định mức của máy biến áp thì khi cần thiết trong những ngày mùa đông có thể cho phép quá tải 1% = 1% đối với mỗi phần trăm non tải của mùa hè nhưng mức quá tải tối đa không được quá 15%. Qui tắc này được gọi là qui tắc quá tải 1% Pdm Pmax 1% 100. ;[%] (III-7) Pdm kết hợp cả 2 qui tắc, giá trị tổng = 1%+ 3%không được phép vượt quá 30% đối với máy biến áp đặt ngoài trời và 20% đối với máy biến áp đặt trong nhà. 3. Quá tải cho phép trong trường hợp tải không đối xứng 29
30. Ở các xí nghiệp có các phụ tải 1 pha, máy biến áp của xí nghiệp đó có khả năng làm việc với phụ tải không cân bằng giữa các pha. Trường hợp này ta không chọn dung lượng máy biến áp theo pha có phụ tải lớn nhất mà chọn theo một phụ tải tính toán nhỏ hơn nhưng vẫn đảm đảm bảo máy biến áp vận hành trong giói hạn cho phép. Khi đó: Tỉ giữa dòng điện pha A có phụ tải lớn nhất cho phép và dòng điện pha định mức của máy biến áp là: 1,525 IA Idm . (III-8) I I 1 0,45[1 ( B )2 ( C )2 ] IA IA c. Chi phí vận hành hàng năm bé nhất Như ta đã biết, trong thành phần của chi phí vận hành hàng năm thì chi phí về tổn thất điện năng chiếm một vị trí rất quan trọng trong chi phí chung. Tổn thất này sinh ra ở trong máy biến áp cũng như ở trên đường dây trong thời gian vận hành. Tổn thất trong máy biến áp phụ thuộc vào các thông số của máy biến áp và chế độ vận hành biến áp v.v d.Tiêu tốn kim loại màu bé nhất Việc tiêu tốn kim loại màu trong lưới điện cung cấp cho các hộ tiêu thụ liên quan trực tiếp tới vị trí đặt và công suất của trạm biến áp. Khi trạm biến áp càng gần trọng tâm phụ tải của hộ tiêu thụ thì công suất đặt sẽ giảm và việc giảm công suất đặt trong trạm sẽ thực hiện tiết kiệm đáng kể kim loại màu và đồng thời cũnggiảm được tổn thất. * Đối với vị trí trạm biến áp phải thoả mãn các yêu cầu cơ bản sau: - Gần tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp đưa đến Toạ độ tâm phụ tải được xác định:  xiSi  yiSi x 0 ; y0 (III-9) Si Si trong đó: (xi, yi)- Toạ độ của phụ tải thứ i Si- Là công suất biểu kiến của phụ tải thứ i Nếu máy biến áp đặt gần tâm phụ tải thì đường dây cung cấp điện từ nguồn đến phụ tải là ngắn nhất do đó tổn hao năng lượng và chi phí vận hành hàng năm là thấp nhất, với ngành mỏ tâm phụ tải chỉ là để tham khảo - An toàn, liên tục cung cấp điện (trong ngành mỏ, nền móng phải ổn định trong suốt thời gian tuổi thọ của máy là 20 năm ) - Thao tác vận hành và quản lý dễ ràng III.4.2. Chọn máy biến áp 30
31. Căn cứ vào các điều kiện ở trên và căn cứ vào các thông số kỹ thuật của máy biến áp ta chọn máy biến áp sao cho phù hợp. Khi chọn máy biến áp cần lưu ý 2 trường hợp sau đây: - Nếu chọn máy biến áp do trong nước chế tạo thì không phải hiệu chỉnh lại theo nhiệt độ môi trường - Nếu máy biến áp là nhập ngoại thì phải đưa vào biểu thức trên 1 hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường khc. Lúc đó, điều kiện chọn công suất của máy biến áp sẽ là: Đối với trạm một máy: Sđm Stt/ khc (III-10) Đối với trạm nhiều máy: nSđm Stt/ khc (III-11) Hệ số khc được xác định như sau:  5 k 1 tb (III-12) hc 100 trong đó:  tb- Nhiệt độ trung bình nơi đặt máy biến áp làm việc, thường lấy bằng 250C. III.5. Vận hành trạm biến áp Thiết kế và vận hành có liên quan mật thiết với nhau. Người vận hành cần phải hiểu về sơ đồ thiết kế và cần phải chấp hành đầy đủ các quy trình dự định thiết kế để phát huy hết các ưu điểm của phương án thiết kế và tận dụng được hết khả năng của thiết bị. III.5.1. Trình tự thao tác a. Thực hiện thao tác máy cắt điện và cầu dao cách ly cần phải tôn trọng các thứ tự sau: + Đóng đường dây cung cấp điện: - Đóng cầu dao cách ly thanh cái - Đóng dao cách ly đường dây - Đóng máy cắt điện + Mở đường dây cung cấp điện - Mở máy cắt điện - Mở dao cách ly đường dây - Mở dao cách ly thanh cái + Đóng máy biến áp ba dây quấn 31
32. - Đóng dao cách ly thanh cái trên phần điện cao áp, phần điện áp trung và phần điện áp thấp( điện hạ áp). - Đóng máy cắt điện ở phía cuộn dây cao, trung và hạ áp. + Mở máy biến áp ba dây quấn. - Mở máy cắt điện trên phần điện hạ áp, trung áp và cao áp. - mở dao cách ly thanh cái trên phần điện hạ áp, trung áp và cao áp. Nếu người vận hành thực hiện thao tác sai, không đúng thứ tự nêu trên sẽ gây nên tai nạn cho người, làm hư hỏng thiết bị và sẽ làm gián đoạn việc cung cấp điện cho hộ tiêu thụ. Ví dụ: Yêu cầu cần phải mở dao cách ly 2 của lộ phụ tải L 2, lộ này đã được mở máy cắt điện trước đó; song vì thao tác không đúng nên đã mở dao cách ly 1 của lộ phụ tải đang mang tải L4 (hình III-5). Điều này sẽ phát sinh hồ quang tại dao cách ly. Hoặc mở không đúng dao cách ly T1 T2 thanh cái 2 của lộ L4 đang có tải ITC thay vì cần phải mở dao cách ly 10kV SBI SBII thanh cái của lộ L2 là lộ mà ở đấy máy cắt điện đã được mở rồi. Do vậy hồ quang sẽ phát sinh tại dao cách ly 2 và sẽ tồn tại cho đến khi tất cả các nguồn cung cấp đang M L1 L3 L2 L4 làm việc trên thanh cái II G1 G2 ( như máy biến áp T2, máy phát G2 và động cơ điện M) sẽ được ngắt ra. Hình III-5 Chính vì vậy nên sự hư hỏng trong trường hợp này là khá trầm trọng. Việc thao tác không đúng như trên sẽ đưa đến hậu quả là tạo nên sự cố thanh góp có thể làm hỏng máy cắt điện đường dây L 2 và L4 trong một thời gian khá dài cho đến khi khôi phục lại hoàn toàn sự làm việc của thanh góp bị sự cố. Cũng cần lưu ý thêm rằng thời gian điều chỉnh của bảo vệ bằng rơ le của lộ L4 thì bé hơn rất nhiều so với thời gian điều chỉnh của bảo vệ của máy biến áp T 2, của máy phát điện G2. Do vậy khi mở không đúng dao cách ly 1 của đường dây L 4 32
33. thì thời gian tồn tại của hồ quang sẽ lớn hơn trong trường hợp khi mở dao cách ly thanh cái 2 của hệ thống thanh cái II. Xuất phát từ đây ta thấy rõ ràng khi cần mở để không cung cấp điện cho lộ L 4, ta phải mở máy cắt điện của lộ L 4 này, sau đó mở dao cách ly 1 của lộ L4 và cuối cùng mở dao cách ly của thanh góp 2. b. Trình tự thao tác để đưa máy cắt điện của đường dây cáp 6kV (15kV) ra khỏi lưới điện để sửa chữa. Sau khi thông báo cho hộ tiêu thụ biết yêu cầu này, thì ta tiến hành trình tự thao tác như đã nêu ở phần mở đường dây cung cấp điện( mục 1), tức là: - Mở máy cắt điện - Mở dao cách ly lộ phụ tải - Mở dao cách ly thanh cái Cụ thể như sau: - Yêu cầu hộ tiêu thụ cắt phụ tải tiêu thụ để sửa chữa cáp. - Kiểm tra xem phụ tải đã cắt chưa bằng cách nhìn đồng hồ Ampekế - Cắt máy cắt điện - Đặt một bảng con có ghi “ Không được đóng điện- đang làm việc” vào tay cầm điều khiển máy cắt điện. - Ngắt dòng điện tác động của cơ cấu tác động của máy cắt điện. - Kiểm tra không còn điện áp ở dao cách ly của lộ phụ tải và tiến hành mở dao cách ly này. - Mở dao cách ly thanh cái của hệ thống thanh cái đang làm việc và kiểm tra trạng thái mở của nó, đồng thời kiểm tra trạng thái mở của dao cách ly thanh cái của hệ thống thanh cái dự trữ (hình III-6) HT thanh cái làm việc 10kV HT thanh 6kV HT thanh 10k cái làm cái làm V HT thanh cái dự trữ HTvi ệthanhc việHTc thanh cái dự cái dự 8 trữ 53+76 trữ 42 57 9 53 76 1 0 33
34. Hình III-6 Hình III-7 - Vây rào cần thiết và treo bảng thông báo - Kiểm tra không còn điện áp ở đầu cực của máy cắt điện và nối hai tiếp đất di động, một ở cực của máy phát điện về phía thanh cái, một ở cực kia của máy cắt điện về phía lộ phụ tải. - Treo bảng “ Làm việc tại đây”. - Mời tổ sửa chữa đến sửa chữa máy cắt điện. c. Trình tự thao tác và đưa đường dây 6kV hay 15kV vào làm việc sau khi sửa chữa. Ví dụ: Cần đưa đường dây 42 (hình III-7) sau khi đã sửa chữa vào vận hành người ta tiến hành như sau: - Kiểm tra bao quát bên ngoài xem có thể đưa đường dây 42 sẵn sàng vận hành không. - Tháo bộ phận nối đất di động 8 và 9 của máy cắt điện và tháo nối đất di động 10 của dao cách ly đường dây. - Kiểm tra trạng thái mở của của máy cắt điện ( bằng cách xem xét vị trí hệ thống dẫn động cơ khí) - Đóng dao cách ly của hệ thống “thanh cái đang làm việc”. - Đóng dao cách ly đường dây - Đóng máy cắt điện - Thông báo cho hộ tiêu thụ biết là trên đường dây lộ phụ tải đã có điện áp. d. Đưa máy biến áp đang làm việc song song ra khỏi lưới điện để sửa chữa Ví dụ: Yêu cầu thao tác để đưa máy biến áp T1 đang vận hành song song ( hình III-7) ra khỏi lưới điện để sửa chữa. Ta tiến hành như sau: - Xác định giá trị phụ tải của 35kV HT thanh cái làm việc máy biến áp T2 cần phải đảm nhận HT thanh cái dự sau khi đưa máy T1 ra khỏi lưới để trữ sửa chữa. Nếu cần thiết có thể hỗ trợ T1 T2 thêm bằng phương pháp tăng cường làm mát máy biến áp T . 6kV 2 HT thanh cái làm - Mở máy cắt điện của máy HTviệ cthanh cái dự biến áp T1 ở phần 6kV và treo bảng trữ 34 Hình III-8.
35. “Không được đóng điện - đang làm việc” ở ngay trên khoá điều khiển của máy cắt điện. - Mở máy cắt điện của máy biến áp T1 ở phần 35kV và treo bảng “Không được đóng điện - đang làm việc” ở ngay trên khoá điều khiển của máy cắt điện. - Kiểm tra vị trí của máy cắt điện T 1 ở phần 6kV và cắt dòng điện tác động của cơ cấu tác động của máy cắt điện. - Kiểm tra vị trí của máy cắt điện T 1 ở phần 35kV và cắt dòng điện tác động của cơ cấu tác động của máy cắt điện. - Mở dao cách ly thanh cái của máy biến áp T 1 của hệ thống thanh cái đang làm việc của hệ thống phân phối 6kV và xem xét cụ thể vị trí này; sau đó kiểm tra vị trí mở của dao cách ly của hệ thống thanh cái dự trữ và hãy khoá cơ cấu tác động của nó để tránh “người lạ” có thể đóng dao cách ly dự trữ này vào làm việc. - Mở dao cách ly thanh cái của máy biến áp T 1 của hệ thống thanh cái đang làm việc của hệ thống phân phối 35kV và xem xét cụ thể vị trí này; sau đó kiểm tra vị trí mở của dao cách ly của hệ thống thanh cái dự trữ và hãy khoá cơ cấu tác động của nó để tránh “người lạ” có thể đóng dao cách ly dự trữ này vào làm việc. - Đặt rào vào những bảng thông báo cần thiết. - Kiểm tra không còn điện áp ở trên các cực của máy cắt điện của T 1 6kV, và hãy đặt tiếp đất di động ở những cực của máy cắt điện về phía máy biến áp. - Kiểm tra không còn điện áp ở trên các cực của máy cắt điện của T 1 35kV, và hãy đặt tiếp đất di động ở những cực của máy cắt điện về phía máy biến áp. - Đặt bảng thông báo “đang làm việc ở đây” trên máy biến áp này. - Mời tổ sửa chữa đến để tiến hành sửa chữa. e. Đưa hệ thống thanh cái đang làm việc ra khỏi lưới điện để sửa chữa Yêu cầu cần phải đưa hệ thống thanh cái I có điện áp 6kV ( hình III-9). Ta tiến hành theo trình tự sau: Đường dây truyền tải - Kiểm tra xem xét bên ngoài xem hệ thống thanh cái II đã sẵn sàng ITC LT1 LT2 để làm việc chưa. - Đóng máy cắt điện phân 6kV THTC I THTC II 35 TI L2 L3 Hình III-9
36. đoạn ICT (sau khi đã đóng dao cách ly phân đoạn). - Kiểm tra xem đã có điện áp trên hệ thống thanh cái II chưa. - Đóng dao cách ly thanh cái của đường dây và của máy biến áp LT1, LT2, T1, L2và L3 vào hệ thống thanh cái II, và kiểm tra trạng thái đóng của nó. - Kiểm tra bằng cách theo dõi Ampekế xem còn phụ tải đi qua máy cắt điện phân đoạn ICT không. - Mở máy cắt phân đoạn ICT. - Cắt dòng điện tác động cơ cấu tác động của máy cắt điện. - Kiểm tra vị trí của ICT và mở dao cách ly của ICT của hệ thống thanh cái I và sau đó xem lại vị trí của nó có đúng không? - Mở dao cách ly thanh cái của máy biến điện áp nối đến thanh cái I và xem lại vị trí thực tế mở của nó. - Hãy khoá toàn bộ cơ cấu tác động của dao cách ly đã được mở ra ở các lộ ra của hệ thống thanh cái I. - Đặt rào cần thiết và treo bảng thông báo. - Kiểm tra không còn điện áp ở thanh cái I, sau đó đặt tiếp đất di động vào thanh cái I. - Đặt bảng “Đang làm việc tại đây”. - Mời tổ sửa chữa đến làm việc. g. Trình tự thao tác để đưa máy biến áp ba dây quấn vào vận hành sau khi sửa chữa Ví dụ: Cần thao tác để đưa máy biến áp ba dây quấn 110/35/10kV vào làm việc song song sau khi sửa chữa và bảo dưỡng định kỳ như (hình III-10) Hệ thống năng lượng HTTC HT thanh cái làm việc làm việc 35kV HTTC HT thanh cái dự trữ Dự trữ 4 5 10kV 36 HT thanh cái làm việc HT thanh cái dự trữ Hình III-10 G
37. Trình tự tiến hành như sau: - Tháo tiếp đất di động 4,5,6 của máy biến áp T1. - Cắt lưới rào tạm thời để sửa chữa và tháo các bảng thông báo. - Mở các khoá đã khoá các cơ cấu tác động của dao cách ly của T 1 ở phía 110kV,35kV và 10kV. - Đóng dao cách ly của điểm trung tính của máy biến áp T 1, nếu chế độ vận hành yêu cầu có điểm này. - Kiểm tra vị trí mở máy cắt điện, và ta đóng dao cách ly của thanh cái của máy biến áp T1 lên hệ thống thanh cái đang làm việc của hệ thống 110kV. Sau đó kiểm tra trạng thái đóng của nó xem thực tế đã đóng cách ly này chưa? - Kiểm tra vị trí mở máy của máy cắt điện và ta đóng dao cách ly thanh cái của máy biến áp T1 lên hệ thống thanh cái đang làm việc của hệ thống 35kV. Sau đó kiểm tra trạng thái đóng này bằng cách xem cụ thể thực tế. - Kiểm tra vị trí mở của máy cắt điện và ta đóng dao cách ly thanh cái của máy biến áp T1 lên hệ thống thanh cái đang làm việc của hệ thống 110kV. Sau đó kiểm tra trạng thái đóng này bằng cách xem cụ thể thực tế. - Nối dòng điện của cơ cấu tác động của máy cắt điện T 1 về phía 10, 35 và 110kV. - Đưa thiết bị làm mát cho máy biến áp T1 vào làm việc. - Đóng máy cắt điện trên phần 110kV của máy biến áp T1. - Đóng máy cắt điện trên phần 35kV của máy biến áp T1. - Đóng máy cắt điện trên phần 10kV của máy biến áp T1. Sau đó kiểm tra sự phân phối phụ tải giữa hai máy biến áp T1 và T2. III.5.2. Phiếu thao tác. Phiếu thao tác được sử dụng để tránh những thao tác không đúng có thể xảy ra. Phiếu thao tác là phiếu mà tất cả các nhiệm vụ và thứ tự phải được thực hiện sẽ được đưa vào trong phiếu này, và phải được tôn trọng một cách tuyệt đối. Mỗi 37
38. phiếu thao tác phải được kiểm tra cẩn thận và phải ký tên ở dưới ( người được cử thao tác và người kiểm tra phiếu này phải đồng thời ký tên ở dưới phiếu). Nội dung phiếu thao tác phải được ghi ngắn gọn thứ tự từng động tác. Chỉ khi nào người thực hiện thao tác nắm vững công việc mới được tiến hành thao tác. Khi thao tác cần có hai người, một người đọc từng động tác để kiểm tra, còn người thao tác cụ thể sẽ nhắc lại động tác được nghe và tiến hành thao tác cụ thể , công việc này đòi hỏi phải được tiến hành nghiêm túc và chặt chẽ. III.5.3. Kiểm tra. a. Kiểm tra thường xuyên: Đối với trạm có công nhân trực, cứ cách nhau nửa hay một giờ phải đi kiểm tra phụ tải của máy biến áp và đường dây. Phải ghi rõ từng phụ tải khi kiểm tra vào sổ trực. b. Kiểm tra định kỳ: Đối với máy biến áp đang vận hành hay dự trữ và các thiết bị khác trong trạm đều phải có chế độ kiểm tra định kỳ. Nội dung kiểm tra tuỳ theo yêu cầu của từng thiết bị. Ví dụ đối với máy biến áp, cần kiểm tra định kỳ như sau: (để phát hiện kịp thời các hư hỏng). - Kiểm tra dầu ở ống chỉ mức dầu ở bình dầu phụ. - Kiểm tra nhiệt độ dầu trong máy biến áp theo nhiệt kế đặt ở trên máy biến áp hoặc theo các nhiệt ngẫu. - Chất lượng dầu của máy biến áp theo sự biến màu của hạt hút ẩm. - Kiểm tra xem dầu có bị gỉ chảy ở các gioăng xiết dưới đáy máy, ở chân các sứ đầu vào, đầu ra, ở các cánh làm mát - Kiểm tra các sứ của máy biến áp, kiểm tra hiện tượng sứ bị nứt, dấu vết phóng điện trên mặt sứ - Nên lắng nghe tiếng kêu của máy biến áp xem có bình thường không. Nếu kêu khác lạ hoặc kêu to thì cần phải lưu ý. - Kiểm tra hệ thống thông gió. - Trong thời gian máy biến áp mang tải tối đa phải kiểm tra cửa ra vào, kiểm tra khoá, kiểm tra mái có bị dột không, tình trạng thông gió của máy c. Kiểm nghiệm: Đối với máy biến áp, máy cắt dầu các cáp điện phải có chế độ kiểm nghiệm định kỳ cách điện. Các mạch và các thiết bị đo lường, bảo vệ, tín hiệu điều khiển và tự động của mạng lưới điện phải do phòng thí nghiệm hoặc đội thí nghiệm quản lý và phải kiểm nghiệm định kỳ cũng như đột xuất. Câu hỏi và bài tập 38
39. 1 – Phân biệt các loại trạm điện trong xí nghiệp ? Các yêu cầu đối với vị trí trạm điện và phân tích các yêu cầu đó ? 2 – Sơ đồ nối dây của trạm cần phải thoả mãn các yêu cầu nào ? Tại sao ? Cho ví dụ về sơ đồ nối dây của trạm ? 3 – Phương pháp tính chọn dung lượng máy biến áp ? Số lượng và công suất máy biến áp được xác định theo các tiêu chuẩn kinh tế kỹ thuật nào ? Phân tích các tiêu chuẩn đó ? 4 – Việc thực hiện thao tác máy cắt điện và cầu dao cách ly phải tôn trọng trình tự thao tác như thế nào ? Tại sao ? 5 – Hãy trình bày trình tự thao tác để đưa máy cắt điện của đường dây ra khỏi lưới điện để sửa chữa trình tự thao tác đưa đường dây 6 kv vào làm việc sau khi sữa chữa ? 6 – Hãy trình bày nội dung các bước kiểm tra thường xuyên và định kỳ trạm biến áp trong quá trình vận hành ? Chương IV. NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN IV.1. Khái niệm chung Ngắn mạch là tình trạng sự cố nghiêm trọng và thường xảy ra trong hệ thống cung cấp điện. Vì vậy, các phần tử của hệ thống cung cấp điện phải được tính toán và lựa chọn sao cho không những làm việc tốt trong trạng thái bình thường mà còn có thể chịu đựng trạng thái sự cố trong giới hạn cho phép. Để lựa chọn tốt các phần tử của hệ thống cung cấp điện, ta phải dự đoán được các tình trạng ngắn mạch có thể xẩy ra và tính toán được các số liệu về tình trạng ngắn mạch như: Dòng ngắn mạch và công suất ngắn mạch. Các số liệu này còn là căn cứ quan trọng để thiết kế hệ thống re le bảo vệ, định ra phương thức vận hành của hệ thống cung cấp điện v.v Vì vậy tính toán ngắn mạch là phần không thể thiếu được khi thiết kế hệ thống cung cấp điện. Ngắn mạch là hiện tượng các pha chập nhau (đối với mạng trung tính cách điện đối với đất) hoặc là hiện tượng các pha chập nhau và chạm đất (đối với mạng trung tính trực tiếp nối đất). Nói một cách khác, đó là hiện tượng mạch điện bị nối tắt qua một tổng trở rất nhỏ có thể xem như bằng không. Khi ngắn mạch tổng trở của hệ thống bị giảm xuống và tuỳ theo vị trí điểm ngắn mạch xa hay gần nguồn cung cấp mà tổng trở của hệ thống giảm xuống nhiều hay ít. Khi ngắn mạch, trong mạng điện xuất hiện quá trình quá độ nghĩa là dòng điện và điện áp đều thay đổi, dòng điện tăng lên rất nhiều so với lúc làm việc bình thường. Tuỳ theo máy phát điện có hệ thống tự động điều chỉnh dòng kích từ hay không mà sự biến thiên cuả dòng 39
40. điện trước lúc đạt tới trạng thái ổn định cũng khác nhau. Điện áp trong mạng khi xẩy ra ngắn mạch giảm so với định mức, mức độ giảm nhiều hay ít tuỳ thuộc vào vị trí điểm ngắn mạch so với nguồn cung cấp. Thời gian điện áp giảm xuống xác định bằng thời gian tác động của rơ le bảo vệ và của máy cắt điện đặt gần điểm ngắn mạch. Trong thực tế, ta thường gặp các dạng ngắn mạch sau: Ngắn mạch 3pha, 2pha, 1pha và 2 pha chạm đất ký hiệu và xác suất xảy ra ngắn mạch đối với từng loại ngắn mạch như sau: - Ngắn mạch 3 pha: Ký hiệu: K(3) hay N(3), xác suất xẩy ra 5%. K(3) Hình IV-1 - Ngắn mạch 2 pha: Ký hiệu:K(2) hay N(2), xác suất xảy ra 10% K(2) Hình IV-2 - Ngắn mạch một pha: Ký hiệu: K(1) hay N(1) , xác suất xảy ra 65% K(1) Hình IV-3 Thực tế có lúc ngắn mạch 3 pha lại quyết định đến tình trạng làm việc của hệ thống điện. Mặt khác, trong tính toán chọn máy cắt và khí cụ điện ta cần phải kiểm tra ổn định lực điện động xuất phát từ dòng điện ngắn mạch 3 pha. Từ trên ta thấy xác suất xảy ra ngắn mạch một pha nhiều nhất (chiếm 65%) nhưng chỉ nghiên cứu có tính sơ lược, còn xác suất xảy ra ngắn mạch 3 pha là ít nhất (chỉ chiếm 5%), nhưng ta cần nghiên cứu dạng ngắn mạch này. Sở dĩ ít nhưng vẫn có thể xảy ra v.v 40
41. Dòng ngắn mạch tổng gồm hai thành phần: - Thành phần chu kỳ ick thay đổi theo qui luật hình sin với biên độ thay đổi theo luật thời gian. - Thành phần không chu kỳ i kck còn gọi là thành phần tự do suy giảm theo luật hàm mũ. Ở giai đoạn đầu của chế độ quá độ đồ thị biến thiên dòng ngắn mạch (hình IV- 4) là không đối xứng so với trục thời gian. Qua một khoảng thời gian tương đối ngắn tính không đối xứng biến mất và giá trị biên độ của dòng ngắn mạch thay đổi dần đến giá trị biên độ của dòng ngắn mạch xác lập. Sự thay đổi biên độ của thành phần chu kỳ là do sức điện động máy phát thay đổi, sau một khoảng thời gian do kích thích của máy phát được tăng cường làm cho sức điện động trở nên ổn định, do đó thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch trở nên ổn định. Khi tính toán ngắn mạch ta coi nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch là: - Các máy phát thuỷ điện và nhiệt điện - Các động cơ và máy bù động bộ - Các động cơ không đồng bộ Ảnh hưởng của các động cơ không đồng bộ chỉ được kể tới ở các thời điểm đầu trong các trường hợp khi chúng ở gần và được mắc trực tiếp với chỗ ngắn mạch. Hình IV- 4. Đồ thị biến thiên dòng ngắn mạch IV.1.1. Các đại lượng cần thiết khi tính toán ngắn mạch - I”- Giá trị ban đầu của thành phần dòng ngắn mạch chu kỳ ( giá trị ban đầu của dòng ngắn mạch siêu quá độ ) dòng này cần phải xác định để kiểm tra khả năng cắt của các khí cụ. - ixk- Dòng ngắn mạch xung kích, cần thiết phải xác định để kiểm tra các thiết bị và khí cụ như:Thanh góp, sứ, máy cắt v.v Theo điều kiện ổn định động. 41
42. - Ixk- Giá trị hiệu dụng toàn phần lớn nhất của dòng ngắn mạch, cần thiết phải xác định để kiểm tra các thiết bị đóng cắt và bảo vệ theo điều kiện ổn định động - I0,2- Giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch I N(t) ở thời điểm t = 0.2s cần thiết phải xác định để kiểm tra các máy cắt điện theo dòng điện cắt - I - Giá trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch xác lập, cần thiết để kiểm tra các thiết bị điện, thanh góp, sứ xuyên và cáp điện về điều kiện ổn định nhiệt - S0,2- Công suất ngắn mạch ở thời điểm t = 0,2s được xác định để kiểm tra các máy cắt điện theo công suất cắt giới hạn cho phép. IV.1.2. Các giả thiết cơ bản khi tính toán ngắn mạch - Trong quá trình ngắn mạch sức điện động của các máy phát điện coi như trùng nhau nghĩa là không xét tới dao động công suất của các máy phát điện - Không xét tới sự bão hoà của các mạch từ, nghĩa coi mạch là tuyến tính và có thể sử dụng được nguyên lý xếp chồng. - Bỏ qua dòng từ hoá của máy biến áp. - Coi hệ thống 3 pha là đối xứng. - Bỏ qua tất cả các thành phần điện dung của hệ thống khi tính ngắn mạch trừ hệ thống siêu cao áp. 1 - Chỉ xét tới điện trở tác dụng nếu R  X, trong đó R và X là điện trở và 3 điện kháng đẳng trị từ nguồn đến điểm ngắn mạch. - Phụ tải xét gần đúng và được thay thế bằng tổng trở cố định tập trung tại một điểm nút chung. - Sức điện động của tất cả các nguồn ở xa điểm ngắn mạch coi như không đổi. IV.1.3. Mục đích, ý nghĩa của việc tính toán ngắn mạch Việc tính toán ngắn mạch nhằm đảm bảo các mục đích sau: - Thành lập và lựa chọn phương án xây dựng sơ đồ cung cấp điện hợp lý nhất. - Xác định điều kiện làm việc của các hộ tiêu thụ ở chế độ sự cố. - Chọn các biện pháp hạn chế dòng ngắn mạch - Chọn các khí cụ điện, thanh cái, sứ, cáp lực v.v - Xác định ảnh hưởng của các đường dây truyền tải điện tới các đường dây thông tin tín hiệu. - Thiết kế và hiệu chỉnh các thiết bị bảo vệ rơ le và tự động. - Thiết kế hệ thống nối đất bảo vệ. - Phân tích các sự cố xảy ra trong hệ thống điện. Trong vận hành và lựa chọn thiết bị, việc tính toán ngắn mạch đòi hỏi độ chính xác không cao, còn khi tính toán để thiết kế và hiệu chỉnh bảo vệ rơ le và tự động thì đòi hỏi độ chính xác cao. 42
43. IV.2. Tính toán ngắn mạch mạng cao áp Đặc điểm của việc tính toán ngắn mạch trong mạng cao áp là lưới điện phức tạp, có nhiều nguồn tham gia cung cấp cho điểm ngắn mạch đồng thời trong lưới điện có nhiều cấp điện áp khác nhau. IV.2.1. Hệ đơn vị dùng khi tính ngắn mạch Khi tính toán ngắn mạch người ta thường sử dụng 2 hệ đơn vị sau: - Hệ đơn vị tuyệt đối: Thường sử dụng với những hệ thống điện có một cấp điện áp. - Hệ đơn vị tương đối: + Hệ thống đơn vị tương đối cơ bản. + Hệ thống đơn vị tương đối định mức. Trong tính toán ngắn mạch cao áp, có nhiều cấp điện áp, người ta thường dùng hệ đơn vị tương đối, vì việc tính ngắn mạch rất đơn giản và thuận tiện do ta dễ dàng chuyển đổi được các cấp điện áp khác nhau. + Hệ đơn vị tương đối cơ bản: Để biểu diễn các đại lượng trong hệ đơn vị tương đối ta cần phải chọn những đại lượng làm cơ bản, thường chọn hai đại lượng làm cơ bản trong 4 đại lượng S cb, Ucb, Icb, Zcb, hai đại lượng cơ bản còn lại được suy ra từ hai đại lượng kia. Thông thường chọn các đại lượng cơ bản là công suất cơ bản (S cb) và điện áp cơ bản (U cb ), hai đại lượng còn lại được xác định: Icb= Scb /3 Ucb ; Zcb = Ucb /3 Icb Công suất cơ bản là công suất 3 pha, thường chọn các giá trị sau: S cb =100; 1000 MVA hoặc bằng công suất định mức của một máy phát điện hoặc của tất cả các máy phát điện tham gia trong hệ thống. Mục đích là để cho việc tính toán được đơn giản. Điện áp cơ bản U cb, trong tính toán gần đúng điện áp cơ bản ở cấp điện áp nào lấy bằng điện áp định mức trung bình của cấp đó: Ucb Uđmtb = 0,23 ; 0,4 ; 0,525 ; 0,69 ; 3,15 ; 6,3 ; 10,5 ; 37 ; 115; 230 kV; Nhưng cũng có trường hợp đặc biệt phải lấy điện áp định mức thực của phần tử đặt tại cấp đó. Ví dụ: Cuộn kháng điện 10 kv làm việc ở cấp 6 kv thì lúc đó U cb =10 kV chứ không phải lấy bằng Utb = 6,3 kV. Khi đã chọn được các đại lượng cơ bản thì sức điện động, điện áp dòng điện, công suất, điện kháng trong hệ đơn vị tương đối được gọi là các đại lượng trong hệ đơn vị tương đối cơ bản: U*cb = U/ Ucb; E*cb = E / Ecb ; I*cb = I / Icb; S*cb = S / Scb ; X*cb = X / Xcb; 3I S Mặt khác ta có : X = U /3 I = U 2 / S X X. cb X. cb (IV-1) cb cb cb cb cb *cb 2 Ucb Ucb trong đó: Ucb - Là điện áp dây [kV]; 43
44. Xcb- Điện kháng trên một pha,  Icb[kA] ; Scb[kVA,MVA]. + Trong bản thuyết minh về thiết bị điện, điện áp ngắn mạch của máy biến áp UN%, điện kháng của cuộn kháng X K%, các điện kháng siêu quá độ của máy phát ” và động cơ X *đm được cho trong hệ tương đối, mà các đại lượng cơ bản là định mức (ta gọi các điện kháng cho trong hệ tương đối định mức). Để tiến hành tính toán trong hệ tương đối cơ bản cần thiết phải chuyển sức điện động và điện kháng của các phần tử trong sơ đồ ở hệ tương đối định mức về hệ tương đối theo các điều kiện cơ bản đã chọn. Sức điện động và điện kháng qui về các điều kiện định mức được xác định theo công thức: E*đm = E / Eđm; (IV-2) X 3I S X = X. dm X. dm ; (IV-3) *đm 2 Xdm Udm Udm Và có thể chuyển từ hệ tương đối định mức về hệ tương đối cơ bản theo các công thức sau: U dm E*cb = E*đm. ; (IV-4) U cb 2 Scb U dm X*cb = X*đm. . ; (IV-5) S dm U cb Icb Udm hoặc X*cb = X*đm. . ; (IV-6) Idm Ucb Scb Icb Nếu chọn: Ucb = Uđm thì: E*cb = E*đm ; X*cb = X*đm. . = X*đm. . ; (IV-7) Sdm Idm IV-2.2. Xác định trở kháng của các phần tử của hệ thống cung cấp điện. a. Điện kháng của các máy phát, máy bù đồng bộ và các động cơ không đồng bộ. ” Thông thường các nhà máy chế tạo cho biết điện kháng quá độ dọc trục X *đm . Điện kháng này chính là điện kháng tương đối với các đại lượng cơ bản là định mức. ” Từ X*đm ta tính được điện kháng trong hệ đơn vị có tên và trong hệ tương đối với các đại lượng cơ bản là bất kỳ: 2 ” ” U dm - Trong hệ đơn vị có tên: Xd [] = X*đm . (IV-8) Sdm - Trong hệ tương đối: 2 S U '' ’’ cb dm + Tính chính xác: X*d = X*đm . . ; (IV-9) Sdm Ucb 44
45. '' ’’ Scb + Tính gần đúng: X*d = X*đm . . ; (IV-10) Sdm trong đó: Sđm, Uđm- Là công suất định mức và điện áp định mức của máy phát [MVA, kV] Scb, Ucb- Là công suất và điện áp cơ bản được chọn [MVA, kV]. b. Điện kháng của máy biến áp - Đối với máy biến áp 3 pha hai dây quấn có: Sđm 630 kvA + Trong hệ đơn vị có tên: 2 U N % Udm XB [] = . ; (IV-11) 100 Sdm + Trong hệ đơn vị tương đối: 2 U N % Scb Udm - Tính chính xác: X* B(cb) = . . ; (IV-12) 100 Sdm Ucb U N % Scb - Tính gần đúng: X* B(cb) = . ; (IV-13) 100 Sdm trong đó: Scb, Sđm[MVA] ; Ucb , Uđm [kV] - Đối với máy biến áp 3 pha hai dây quấn có Sđm 630 kVA để tính toán chính xác cần xét đến điện trở của máy biện áp. + Trong hệ đơn vị có tên: P .U 2 .103 R [] = N dm ; (IV-14) B 2 Sdm 2 Udm .10 XB [] = U X %. ; (IV-15) Sdm trong đó: PN - Tổn thất công suất ngắn mạch máy biến áp [kW] Uđm - Điện áp định mức của máy biến áp [kV] Sđm - Công suất định mức của máy biến áp [kVA] UX% - Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch: 2 2 UX% = U N % Ur % (IV-16) trong đó: Ur%- thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch, được xác định theo công thức sau: PN Ur% = .100 (IV-17) Sdm + Trong hệ đơn vị tương đối: 45
46. - Tính chính xác: 2 Ux% Scb Udm X* B(cb) = . . ; (IV-18) 100 Sdm Ucb 2 U r % Scb Udm R* B(cb) = . . ; (IV-19) 100 Sdm Ucb - Tính gần đúng: Ux% Scb X* B(cb) = . ; (IV-20) 100 Sdm U r % Scb R* B(cb) = . ; (IV-21) 100 S dm Ngược lại, nếu ta biết được điện trở và điện kháng của máy biến áp trong hệ đơn vị có tên thì ta có thể tính được điện trở và điện kháng trong hệ đơn vị tương đối: S S R = R .cb ; X = X .cb (IV-22) * B(cb) B 2 * B(cb) B 2 Ucb U cb - Đối với máy biến áp 3 dây quấn, có thể tra được điện áp ngắn mạch của từng đôi cuộn dây: UN (C-T) %, UN (T-H) %, UN (C-H) %. Khi đó ta cần tính điện áp ngắn mạch của từng cuộn dây: Cao áp, trung áp, hạ áp là : U N(cao) %, U N(trung) %, U N(ha) %.  1 U % = [ U % + U % - U % ]; N(cao) N (C-T) N (C-H) N (T-H) 2 1  (IV-23) U % = [ U % + U % - U % ]; N (trung ) N (C-T) N (T-H) N (C-H) 2 1 U % = [ U % + U % - U % ]; N (ha) 2 N (C-H) N (T-H) N (C-H)  Sau đó, ta xác định điện kháng tương đối cơ bản của các cuộn dây cao, trung và hạ áp của máy biến áp 3 dây quấn theo các công thức đã nêu trên. c. Điện kháng của cuộn kháng. - Trong hệ đơn vị có tên: Xk % Udm Xk [] = . (IV-24) 100 3.Idm - Trong hệ đơn vị tương đối: + Tính chính xác: U k % Icb Udm X* k(cb) = . . ; (IV-25) 100 Idm Ucb 46
47. + Tính gần đúng: U k % Icb X* k(cb) = . ; (IV-26) 100 Idm trong đó: Iđm[kA] - Dòng định mức của cuộn kháng Uđm[kV]- Điện áp định mức của cuộn kháng d. Điện kháng đường dây trên không và cáp - Trong hệ có tên: Xdd = x0. L Rdd = r0. L - Trong hệ đơn vị tương đối: S X = x .L.cb (IV-27) *dd(cb) 0 2 Ucb S R = r .L.cb (IV-28) *dd(cb) 0 2 Ucb trong đó: r0, x0 - Là điện trở và điện kháng của 1km đường dây [/km] r0 - Được tra trong sổ tay hoặc được tính theo công thức: 1 r0 = ; [/km]  .s  - Được gọi là điện dẫn suất của vật liệu làm dây dẫn [m/mm2]; s - Tiết diện ngang của dây dẫn [mm2] - Đối với vật liệu bằng đồng, thì có thể lấy:  = 53 (m/mm2) - Đối với vật liệu bằng dây nhôm lõi thép, thì có thể lấy:  = 32(m/mm2) - Đối với vật liệu bằng thép, thì có thể lấy:  = 10 (m/mm2) Giá trị x0 đối với các đường dây khác nhau được lấy như sau: - Đường dây trên không lộ đơn có cấp điện áp: 6  10 kv ; x0= 0,4 (/km) - Đường dây trên không có điện áp 1kV ; x0= 0,3 (/km) - Đường dây cáp 3 pha có điện áp 35 kV ; x0= 0,12 (/km) - Đường dây cáp 3 pha có điện áp ( 6 - 10 ) kV ; x0= 0,08 (/km) - Đường dây cáp 3 pha có điện áp đến 1kV ; x0= 0,07 (/km) IV.2.3. Các phương pháp thực tế tính toán dòng ngắn mạch đối xứng a. Sơ đồ thay thế tính toán Để tính toán quá trình quá độ khi xảy ra ngắn mạch cần phải thành lập sơ đồ thay thế tính toán. Trong sơ đồ đó tất cả các mạch điện có liện hệ từ được thay bằng một mạch có liên hệ điện. Ta đưa vào sơ đồ tất cả các nguồn tham gia cung cấp cho điểm ngắn mạch và toàn bộ điện kháng của các phần tử mà dòng ngắn mạch cần tính toán chạy qua. Ở sơ đồ thay thế, mỗi phần tử của mạch điện được biểu diễn 47
48. bằng một phân số, tử số ghi số thứ tự của phần tử, còn mẫu số ghi trị số điện kháng của phần tử ấy. Trong tính toán ngắn mạch ta thường tính trong hệ đơn vị tương đối vì quá trình tính toán sẽ đơn giản hơn. Sau đó, dùng các phương pháp biến đổi để thành một sơ đồ đơn giản nhất có thể được, sơ đồ gồm một tổng trở Z *cb (trong hệ đơn vị cơ bản ) và một nguồn cung cấp có sức điện động E*cb = 1. Như hình vẽ: K Z*cb E*cb  Hình IV-5: Sơ đồ đẳng trị sau khi biến đổi Dòng siêu quá độ ban đầu tại chỗ ngắn mạch (giá trị hiệu dụng nửa chu kỳ đầu tiên tại chỗ ngắn mạch của thành phần chu kỳ) được xác định theo công thức: - Trong hệ đơn vị tương đối: " 1 I*cb (IV-29) Z*cb - Trong hệ đơn vị có tên: I I" cb , kA (IV-30) Z*cb b.Phương pháp đường cong tính toán 1. Giới thiệu chung Phương pháp tính quá trình quá độ khi ngắn mạch 3 pha dựa vào việc sử dụng các đường cong tính toán xây dựng đối với các máy phát thuỷ điện và nhiệt điện có TĐK và không có TĐK (có hệ thống tự động điều chỉnh dòng kích từ và không có hệ thống tự động điều chỉnh dòng kích từ được cho trong tài liệu về cung cấp điện ). Các đường cong tính toán biểu diễn sự phụ thuộc của bội số dòng điện ngắn mạch vào điện kháng tính toán của mạch ngắn I *ckt = f(x*tt) đối với các thời điểm khác nhau kể từ khi xuất hiện ngắn mạch. Đường cong tính toán được xây dựng dựa trên các giả thiết sau: - Các máy phát điện trước khi xuất hiện ngắn mạch làm việc với phụ tải định mức đối xứng và cos = 0,8. " " - Điện kháng siêu quá độ dọc trục và ngang trục là như nhau ( xd = xq ). - Ngắn mạch 3 pha đối xứng và được cung cấp từ một phía. 48
49. Điện kháng tính toán của mạch ngắn được xác dịnh theo công thức: Sdm X*tt = X*cb. (IV-31) Scb trong đó: X*cb - Điện kháng tổng của mạch ngắn kể từ nguồn cung cấp cho đến chỗ ngắn mạch trong hệ đơn vị tương đối cơ bản. Sđm- Công suất của các nguồn cung cấp cho chỗ ngắn mạch; [MVA] Scb- Công suất cơ bản; [MVA] Nếu công suất cơ bản được chọn bằng công suất định mức của các nguồn cung cấp thì điện kháng tổng chính là điện kháng tính toán, X *tt = X*cb. Khi xác định được điện kháng tương đối tính toán X*tt thì dựa vào đường cong tính toán ta sẽ xác định được bội số thành phần dòng ngắn mạch chu kỳ I*ckt. Dòng ngắn mạch chu kỳ trong hệ đơn vị có tên đối với thời điểm t được xác định theo công thức: Ickt = I*ckt. Iđm (IV-32) trong đó: Iđm - dòng điện định mức tổng của các nguồn cung cấp Sdm Iđm = (IV-33) 3U tb Utb- Điện áp định mức trung bình của hệ thống tại điểm tính toán ngắn mạch. Trong trường hợp sau có thể tính toán đơn giản mà không cần sử dụng đường cong tính toán: - Nếu X *tt 3 thì coi như ngắn mạch xa nguồn nên thành phần dòng điện ngắn mạch chu kỳ ở mọi thời điểm ta có thể sử dụng công thức: Ick = Iđm / X*tt ; hoặc Ick= Icb / X*cb (IV-34) Giá trị tức thời cực đại của dòng ngắn mạch xung kích được tính theo công thức: " ixk = kxk.2I (IV-35) ở đây: 0,01 Ta kxk = 1+e - Gọi là hệ số xung kích, nó phụ thuộc vào hằng số thời gian Ta = x/ .r và được tra trong sổ tay cung cấp điện. Giá trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch toàn phần I N(t) ở thời điểm bất kỳ được xác định theo công thức: 2 2 IN(t) = Ickt Ikckt (IV-36) ở đây: Ickt- Giá trị hiệu dụng của thành phần chu kỳ (tra đường cong tính toán ) Ikckt- Giá trị hiệu dụng của thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch trong cùng thời điểm đó. 49
50. t " Ta Ikckt = 2I e (IV-37) Ta - Là hằng số thời gian của quá trình tắt dần; [s] Hoặc giá trị hiệu dụng của thành phần không chu kỳ được tính theo thành phần chu kỳ như sau: Ikckt = 2 .(kxk-1). Ickt Lúc đó, giá trị hiệu của dòng ngắn mạch toàn phần sẽ là: 2 2 2 2 IN(t) = Ickt 2(k xk 1) Ikckt = Ickt 1 2(k xk 1) (IV-38) Giá trị hiệu dòng ngắn mạch xung kích sau chu kỳ đầu tiên kể từ đầu quá trình, xác định theo công thức: ” 2 IXK= I 1 2(k xk 1) (IV-39) Công suất ngắn mạch ở thời điểm bất kỳ (để chọn máy cắt theo khả năng cắt) được xác định theo công thức: SN(t)=3U tb . IN(t) (IV-40) - Dòng ngắn mạch 2 pha có thể xác định theo công thức: 3 I(2) =.I(3) (IV-41) N 2 N trong đó: Utb- điện áp định mức trung bình của mạch đối với điểm tính toán ngắn mạch. 2. Sơ đồ tính toán Để tính dòng ngắn mạch 3 pha theo phương pháp đường cong tính toán cần phải thành lập sơ đồ tính toán và biến đổi sơ đồ về dạng đơn giản nhất. Việc giải bài toán tính ngắn mạch được tiến hành theo trình tự sau: - Thành lập sơ đồ tính toán, đưa vào sơ đồ tất cả các phần tử của hệ thống cung cấp cùng với tất cả các tham số định mức của chúng. - Chọn các điểm tính toán ngắn mạch trên sơ đồ. - Chọn các đại lượng cơ bản: Công suất và điện áp - Biểu diễn tất cả các điện kháng của các phần tử trên sơ đồ trong hệ đơn vị tương đối theo các đại lượng cơ bản đã chọn. - Làm đơn giản sơ đồ - Xác định điện kháng tổng tới điểm ngắn mạch. - Tra đường cong tính toán tìm bội số dòng ngắn mạch đối với các thời điểm khác nhau. - Tìm dòng diện và công suất ngắn mạch. - Để làm đơn giản sơ đồ ta sử dụng các phương pháp biến đổi sau: + Biến đổi các phần tử mắc song song x1 x2 x S S 1n xn 50
51. Hình IV- 6. 1 n 1  x1n i 1 xi (IV-42) + Biến đổi các phần tử mắc nối tiếp S x1 x2 xn S x Hình IV- 7. n x =  xi (IV-43) i 1 + Biến đổi sao - tam giác và ngược lại - Biến đổi tam giác - sao x 12 S2 S S S1 1 x1 2 x 31 x2 x23 x3 S3 S3 Hình IV- 8. x12 .x 31 x12 .x 23 x 23.x31 x1 = ; x2 = ; x3 = ; (IV-44) x x x - Biến đổi sao - tam giác x1.x2 x2 .x3 x1.x3 x12= x1+x2+ ; x23= x2+x3+ ; x31= x1+x3+ ; (IV-45) x3 x1 x2 + Biến đổi sao nhiều cạnh về sao đơn giản S 1 x2 S2 S1 xI S2 x x1 II x xn n xN III- 2. +1 Sn Sn 51
52. Hình IV- 9. n 1 1 n 1 1 n 1 1 x I x1.x n 1. ; x II x 2 .x n 1. ; x N x n .x n 1. (IV-46) i 1 x i i 1 x i i 1 x i Thay các nguồn cung cấp bằng một vài nguồn đẳng trị tuỳ theo vị trí của các nguồn đối với điểm ngắn mạch. 3. Phương pháp tính toán một biến đổi. Khi khoảng cách giữa các máy phát điện đến điểm ngắn mạch gần như nhau thì quá trình tắt dần của thành phần tự do của dòng ngắn mạch trong các máy điện gần giống nhau. Nên ta có thể nhập chung các máy phát điện làm một máy phát đẳng trị có công suất bằng tổng công suất định mức của các máy phát để tính toán. Trình tự tính như sau: - Vẽ mạch đẳng trị của hệ thống: Vì tính gần đúng nên lấy U cb = Utb còn Scb chọn tuỳ ý. Tính đổi tất cả điện kháng về hệ đơn vị tương đối theo các đại lượng đã " chọn. Điện kháng của các máy phát lấy bằng xd , của các phụ tải có thể bỏ qua trừ những động cơ hay máy bù đồng bộ có công suất lớn nối trực tiếp hay đặt gần điểm ngắn mạch thì được tính như máy phát điện có cùng công suất. - Làm đơn giản sơ đồ đẳng trị và tìm điện kháng tổng X *cb đối với điểm ngắn mạch. - Tính điện kháng tính toán: Sdm X*tt = X*cb. (IV-47) Scb trong đó: Sđm- Là tổng công suất định mức của các máy phát điện. - Nếu X*tt 3 thì ta tra đường cong tính toán tìm được bội số thành phần dòng ngắn mạch chu kỳ tại các thời điểm cần tìm là I*ckt, thành phần dòng ngắn mạch chu kỳ ở thời điểm t trong hệ đơn vị có tên được xác định: Ickt = I*ckt. Iđm (IV-48) trong đó: Iđm - Dòng điện định mức tổng của tất cả các máy phát qui về điện áp trung bình Utb của cấp ta cần tính ngắn mạch; Sdm Iđm = (IV-49) 3U tb Utb- Điện áp định mức trung bình của hệ thống tại điểm tính toán ngắn mạch; Khi X*tt 3 trị số tương đối của thành phần dòng điện chu kỳ tại mọi thời điểm đều như nhau và bằng: I*ck = 1/ X*tt (IV-50) 52
53. hay trong hệ đơn vị có tên: Ick = Iđm / X*tt ; hoặc Ick= Icb / X*cb (IV-51) Trường hợp R  1/3 X thì không cho phép bỏ qua điện trở, trong công thức 2 2 trên ta thay X*cb bằng Z*cb ( Z*cb R*cb X*cb ) và tính Z*tt.Sau đó tìm dòng ngắn mạch theo trình tự như trên. 4. Phương pháp tính toán nhiều biến đổi. Nếu khoảng cách giữa các máy điện khác nhau nhiều thì quá trình tắt dần của thành phần tự do của dòng ngắn mạch trong các máy phát cũng khác nhau nhiều, nên nếu ta dùng phương pháp một biến đổi sẽ gặp sai số lớn. Cho nên trong trường hợp này phải dùng phương pháp nhiều biến đổi. Trình tự tính toán như sau: - Thành lập sơ đồ thay thế, tính điện kháng của tất cả các phần tử trong sơ đồ theo hệ đơn vị cơ bản đã chọn. - Xác định những nguồn nào cần để độc lập và những nguồn nào có thể ghép lại với nhau. Hai nguồn điện có thể ghép lại với nhau nếu thoả mãn điều kiện: S .x 1 1 0,4  2,5 (IV-52) S2.x 2 trong đó: S1, S2 - công suất của các nguồn điện 1,2. x1, x2 -điện kháng của các nhánh nối từ các nguồn 1 và 2 tới điểm ngắn mạch trong hệ đơn vị tương đối cơ bản. - Nếu điện kháng tính toán của tất cả các nhánh có nguồn đều lớn hơn 3 (X*tt 3)thì cho phép nhập chung tất cả các nguồn lại với nhau trong mọi trường hợp. - Không được phép nhánh nguồn có sức điện động không đổi với nhánh nguồn có X*tt 3. Vì dòng điện ngắn mạch do nguồn có sức điện động không thay đổi không thể xác định từ đường cong tính toán. - Ta cũng có thể bỏ qua nguồn có công suất bé, nếu thoả mãn điều kiện sau: x S 2 22 và 2 0,05 x1 S1 trong đó: S1, x1- Công suất và điện kháng của nhánh có nguồn công suất lớn. S2, x2- Công suất và điện kháng của nhánh có nguồn công suất nhỏ đối với điểm ngắn mạch. - Biến đổi sơ đồ thay thế về sơ đồ đơn giản gồm 1 vài nhánh có nguồn và điện kháng tổng hợp riêng rẽ theo các phương pháp đã nêu trên. -Tính điện kháng tính toán tổng đến điểm ngắn mạch: Nhánh 1: 53
54. Sdm1 X*tt1 = X*cb1. ; (IV-53) Scb Nhánh 2: Sdm2 X*tt2 = X*cb2. ; (IV-54) Scb trong đó: Sđm1, Sđm2- là tổng công suất của các máy phát điện tham gia trong các nhánh 1,2. - Từ các điện kháng tính toán X *tt1, X*tt2 v.v Tra đường cong tính toán ứng với thời gian tồn tại ngắn mạch, tìm bội số thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch: I*ck1, I*ck2v.v - Xác định dòng điện ngắn mạch tổng trong hệ đơn vị có tên: Ickt = I*ck1.Iđm1MF + I*ck2.Iđm2MF + (IV-55) Sdm1 Sdm2 trong đó:I đm1 = ; Iđm2 = 3U tb 3U tb Nếu nguồn cung cấp là nguồn hệ thống tức là nguồn có công suất vô cùng (điện áp không đổi khi ngắn mạch ) thì dòng điện ngắn mạch do hệ thống cung cấp hoặc nguồn có công suất vô cùng được xác định theo công thức: Icb U tb IN(ht) = ; hoặc: IN(ht) = ; (IV-56) x*cb(ht) 3x ht trong đó: x*cb(ht) - Là điện kháng của hệ thống đối với điểm ngắn mạch qui về điện áp trung bình tại chỗ ngắn mạch. c.Tính dòng điện ngắn mạch trong một số trường hợp đơn giản Trong một số trường hợp đơn giản ta có thể tính nhanh chóng dòng điện ngắn mạch bằng phương pháp giải tích sau: *Khi chỉ cần tính dòng siêu quá độ thì có thể tính các máy phát điện bằng sức ” ” điện động siêu quá độ E và điện kháng siêu quá độ X d của chúng, rồi tiến hành biến đổi sơ đồ thay thế về dạng đơn giản gồm một sức điện động tổng và một điện kháng tổng x  theo các phương pháp thông thường. Dòng điện ngắn mạch siêu quá độ ban đầu sẽ bằng: ” ” I = E / x; Sức điện động của các máy phát điện có thể tính gần đúng theo công thức: 2 E” = U .cos 2 U .sin I .X" (IV-57) 0 0 0 d trong đó: U0, I0, cos , sin là các tham số trước lúc ngắn mạch của máy phát điện. Khi không có số liệu thì có thể tra bảng. 54
55. Trường hợp có động cơ không đồng bộ nối trực tiếp vào điểm ngắn mạch thì có thể tính thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch do động cơ cung cấp trong chu kỳ đầu tiên theo công thức sau: E" I = I" dc .I (IV-58) ck(đc) dc " dmdc x dc Dòng xung kích tổng tại chỗ ngắn mạch do hệ thống và động cơ cung cấp bằng: ” " Ixk = kxk.2 . I +kxkđc.2 .Idc (IV-59) - kxkđc- Hệ số xung kích của động cơ, trong một số trường hợp có thể lấy như sau: + Đối với những động cơ công suất lớn kxkđc= 1,8 + Đối với những động cơ công suất trung bình kxkđc= 1,6 +Đối với những động cơ công suất nhỏ kxkđc= 1 " - Idc - Dòng siêu quá độ ban đầu do động cơ cung cấp cho điểm ngắn mạch. * Để tính sơ bộ thành phần chu kỳ của dòng điện ngắn mạch có thể giả thiết nguồn điện có công suất gần đúng vô cùng lớn và tính theo công thức: U tb Ick = (IV-60) 3x  trong đó: Utb- Là điện áp trung bình của hệ thống tại điểm tính ngắn mạch x - Là điện kháng tổng kể từ nguồn đến điểm ngắn mạch Nếu các tham số được tính toán trong hệ đơn vị tương đối với Scb và Ucb =Utbthì: Icb Scb Ick = (IV-61) x*cb 3.U tb .x*cb Khi tính toán nếu R 1/3 X thì không cho phép bỏ qua điện trở, trong công 2 2 thức trên ta thay X bằng Z ( Z R  X ) Công suất ngắn mạch tính theo dòng điện chu kỳ được xác định: Scb SN =3U tb . Ick = (IV-62) x*cb Trong công thức trên khi tính điện kháng tổng của hệ thống x ta phải kể đến điện kháng của hệ thống. Khi không biết điện kháng của hệ thống, nếu biết được ” " dòng điện siêu quá độ I hay công suất ngắn mạch 3 pha Sk do hệ thống cung cấp tại một điểm bất kỳ thì có thể xác định được điện kháng của hệ thống đối với điểm ngắn mạch này: U U2 x = tb tb ; (IV-63) ht " " 3I Sk I S hay: x = cb cb ; (IV-64) *cb(ht) " " I Sk trong đó: Utb- Điện áp định mức trung bình của cấp điện áp mà tại đó ta biết dòng điện I”. 55
56. ” Icb - Là dòng điện cơ bản ở cùng cấp điện áp mà ở đây ta biết I ; Nguồn có công suất vô cùng được xem như nối sau điện kháng này. Nếu công " suất ngắn mạch Sk do hệ thống cung cấp cũng không biết, nhưng biết được công suất cắt của máy cắt điện dùng để cắt công suất ngắn mạch do hệ thống cung cấp thì ta cho công suất ngắn mạch bằng công suất cắt định mức: " ” Sk = Scđm ; hoặc I = Icđm ; và tính điện kháng của hệ thống đối với điểm ngắn mạch như trên. Nếu tại điểm nút ta xét có nhà máy điện địa phương thì ta phải trừ phần công " " suất ngắn mạch hay dòng điện ngắn mạch (SC hay I C ) do nhà máy địa phương cung cấp, tức là ở công thức trên ta thay: " " Sk = Scđm-;SC ” " I = Icđm- I C ; IV.3. Tính toán ngắn mạch trong mạng hạ áp IV.3.1.Tính toán ngắn mạch ngắn mạch 3 pha trong mạng điện hạ áp Tính toán ngắn mạch trong mạng điện áp thấp đến 1000v thường là để lựa chọn các khí cụ điện và các bộ phận có dòng điện đi qua. Do vậy ta cần phải xác định trị số lớn nhất có thể có của dòng điện ngắn mạch. Đối với mạng điện điện áp thấp đến 1000v không thể bỏ qua điện trở tác dụng được vì nếu bỏ qua thì sẽ gặp sai số lớn. Trong trường hợp này ta phải xét đến điện trở của tất cả các phần tử trong mạch ngắn như: Điện trở của máy biến áp, dây dẫn, thanh dẫn, cuộn dây sơ cấp của máy biến dòng, cuộn dòng điện của áptômát và điện trở tiếp xúc tại các tiếp điểm v.v Tổng trở của máy biến áp và các thành phần nối vào thứ cấp máy biến áp thường tương đối lớn nên lúc xảy ra ngắn mạch trong mạng hạ áp, điện áp bên sơ cấp của MBA giảm đi rất ít. Vì vậy ta giả thiết điện áp bên sơ cấp là không đổi và bỏ qua điện trở hồ quang để dòng ngắn mạch cực đại. Để tính toán ngắn mạch trong mạng hạ áp ta dùng hệ đơn vị có tên. *Tính điện kháng hệ thống: 2 U tb U tb xht = ; [] (IV-65) 3I cdm Scdm trong đó: Utb- Điện áp định mức trung bình của mạng hạ áp; Scđm, Icđm - Công suất cắt và dòng cắt định mức của máy cắt điện đặt ở phía cao áp máy biến áp ;[kvA, kA]. (Nếu không có số liệu thì có thể bỏ qua xht ) *Điện trở và điện kháng của máy biến áp được xác định theo công thức: 2 3 PN .U dm .10 RB[] = 2 ; (IV-66) S dm 56
57. 2 Udm .10 XB [] = U X %. ; (IV-67) Sdm trong đó: RB, XB - Điện trở và điện kháng của MBA; PN - Tổn thất công suât ngắn mạch của máy biến áp [kW]; Uđm - Điện áp định mức của MBA [kV]; Sđm - Công suất định mức của MBA [kVA]; Ux% - Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch xác định theo công thức: 2 2 UX% = U N % Ur % (IV-68) trong đó: Ur%- Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch, được xác định theo công thức sau: PN Ur% = .100 (IV-69) Sdm *Điện trở và điện kháng đường dây hạ áp: - Điện kháng đường dây hạ áp: Đối với điện kháng đường dây hạ áp một cách gần đúng có thể lấy như sau: + Đường dây trên không: x0 = 0,3 (/km) hay (m/m); + Đường dây cáp: x0 = 0,07 (/km) hay (m/m); - Điện kháng r0 được tính như sau: 1 r0 = . [/km] hay (m/m); s ở đây: - Điện trở suất của vật liệu làm dây dẫn; 2 Đối với vật liệu bằng đồng: cu = 18,8  mm /km 2 Đối với vật liệu bằng nhôm: Al = 31,5  mm /km * Điện trở và điện kháng của các thàn phần khác: Như cuộn dòng điện của các áptômát, cuộn sơ cấp của các máy biến dòng, thanh góp, điện trở tiếp xúc của các tiếp điểm v.v Ta có thể tra ở cẩm nang. * Dòng điện ngắn mạch: Sau khi đã xác định được điện kháng và điện trở tổng hợp của mạch ngắn, ta sẽ tính được thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch 3 pha như sau: U I(3) tb ,A (IV-70) ck 2 2 3. r x  trong đó: Utb- Điện áp định mức trung bình của mạng hạ áp; r, x - Tương ứng là điện trở tác dụng và điện kháng của mạch ngắn; * Dòng ngắn mạch hai pha được xác định theo công thức: 57
58. 0,95.U I(2) tb ,A (IV-71) ck 2 2 2. r x  * Dòngđiện xung kích: " ixk = kxk.2I = kxk.2Ick (IV-72) ở đây: 0,01 Ta kxk = 1+e - Gọi là hệ số xung kích, nó phụ thuộc vào hằng số thời gian Ta = x/ .r và được tra trong sổ tay cung cấp điện. Dòng điện xung kích cung cấp từ động cơ không đồng bộ được đặt trực tiếp ở điểm ngắn mạch phải được tính đến. Khi đó, dòng xung kích tổng do hệ thống và động cơ cung cấp được tính như sau: ixk = kxk.2I ck + 6,5.Iđmđc (IV-73) trong đó: Iđmđc- Dòng định mức của động cơ nối trực tiếp vào điểm ngắn mạch; Ick- Thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch; * Giá trị hiệu dụng cực đại của dòng ngắn mạch được xác định: 2 Ixk = Ick 1 2(k xk 1) , khi kxk 1,3; (IV-74) Ta Ixk = Ick 1 , khi kxk 1,3; (IV-75) 0,02 IV.3.2. Tính toán ngắn mạch một pha trong mạng điện áp thấp. Trong mạng điện 3 pha có thể xẩy ra các dạng ngắn mạch 3 pha, 2 pha, 1 pha. Dòng ngắn mạch 3 pha có giá trị lớn nhất và cần được xác định để kiểm tra khả năng cắt mạch điện của các thiết bị điều khiển. Dòng ngắn mạch 2 pha đối với mạng trung tính không nối đất và dòng ngắn mạch một pha đối với mạng trung tính nối đất chính là dòng ngắn mạch nhỏ nhất và được sử dụng để kiểm tra độ nhạy của bảo vệ cực đại. Vì vậy, trong trường hợp tính dòng ngắn mạch một pha ta cần phải biết trị số nhỏ nhất, có thể có của nó. Khi tính toán ngắn mạch một pha ta cần: - Xét đến điện trở của tất cả các thành phần - Nhận điện áp tính toán trung bình U tb với một hệ số bé hơn 1 để xét đến sự giảm điện áp bên sơ cấp của máy biến áp lúc ngắn mạch. Hệ số này có thể lấy bằng: 0,9- 0,95 - Điện trở của dây trung tính trong mạng thứ tự không phải lấy bằng 3 lần trị số thực tế của nó. - Điện kháng thứ tự không của máy biến áp nối Y/ Y 0 là x*0T = 0,3  1 (trị số trong hệ đơn vị tương đối định mức) song để cho dòng ngắn một pha là cực tiểu, ta lấy: x*0T = 1 Trong hệ đơn vị có tên: 2 U tb 3 x 0T X*0T . .10 () (IV-76) Sdm ở đây: 58
59. Utb[kv]; Sđm[kvA]; +Nếu máy biến áp nối Y0/ thì x0T = x1T; - Điện kháng thứ tự không của đường dây hạ áp có thể lấy bằng 2 lần điện kháng thứ tự thuận: x0dd = 2x1dd - Sau khi tính được tổng trở thứ tự không của tât cả các phần tử, thì thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch một pha có thể tính bằng công thức: 3 0,9  0,95 .U I(1) tb (IV-77) ck 2 2 2r1 r0 2x1 x 0 IV.4. Nguyên nhân, tác hại và biện pháp ngăn ngừa ngắn mạch IV.4.1.Tác hại của ngắn mạch Khi xẩy ra sự cố ngắn mạch, dòng ngắn mạch có giá trị rất rất lớn, nên nó làm phát nóng cục bộ các bộ phận có dòng ngắn mạch chạy qua, do đó có thể dẫn đến làm hỏng cách điện và giảm tuổi thọ của thiết bị và có thể tiếp tục gây ra sự cố ngắn mạch cho các thiết bị khác nếu ta không có biện pháp loại trừ kịp thờì. - Lực điện động do dòng ngắn mạch xung kích gây ra cũng có giá trị rất lớn, nó có thể làm phá huỷ các chi tiết của thiết bị về mặt cơ khí như làm cong, vênh thanh cái, má dao của cầu dao, làm vỡ sứ v.v - Khi xẩy ra sự cố ngắn mạch thì điện áp trên thanh cái của trạm biến áp phía hạ áp hoặc ở trạm phân phối bị giảm xuống thấp có thể làm cho các động cơ điện ngừng quay, sản xuất bị ngừng trị và có thể dẫn đến cháy động cơ do không khởi động được. - Có thể làm phá hoại sự làm việc đồng bộ của các máy phát điện - Lúc ngắn mạch một pha hoặc hai pha chạm đất sinh ra dòng thứ tự không làm nhiễu loại các đường dây thông tin và tín hiệu các đường sắt ở gần. - Cung cấp điện bị gián đoạn. IV.4.2. Những biện pháp ngăn ngừa và hạn chế tác hại của ngắn mạch gồm có: - Dùng sơ đồ nối dây hợp lý: Đơn giản, rõ ràng, thao tác ít nhầm lẫn, khi bị sự cố thì chỉ có phần tử sự cố bị cắt, những phần tử cồn lại vẫn tiếp tục làm việc bình thường. - Những thiết bị và bộ phận có dòng ngắn mạch đi qua có khả năng chịu đựng được tác dụng nhiệt và cơ của dòng ngắn mạch. - Dùng các thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch: Ví dụ như cuộn kháng. - Dùng những thiết bị tự động và biện pháp bảo vệ ngắn mạch. IV.4.3. Nguyên nhân gây ra sự cố ngắn mạch Nguyên nhân chủ yếu gây lên ngắn mạch là do cách điện của các thiết bị bị hư hỏng, cách điện bị hư hỏng có thể do các lý do sau: - Sét đánh trực tiếp hoặc gián tiếp. - Quá điện áp nội bộ. - Cách điện bị già cỗi do sử dụng lâu ngày - Trông nom, bảo dưỡng các thiết bị không chu đáo. 59
60. - Các nguyên nhân cơ học trực tiếp: Như đào đất chạm phải đường dây cáp, thả diều, cây đổ vào đường dây trên không, Do thao tác sai của công nhân vận hành. Một số ví dụ về tính toán ngắn mạch Ví dụ 1: Hãy tính dòng điện ngắn mạch tại điểm N của sơ đồ sau: s1 N®-1 3 50.10 kw X1 10 kv X1 X2 3 s2 X2 50.10 kva,un=7,5% t® 3 35 kv X4 12.10 kw 10km X5 X4 X3 X5 X6 3 15.10 kva X3 X6 20km un=7,5% X7 X8 s3 3 X7 3.10 kva un=6,5% 6 kv X9 X8 s4 X9 6 kv, N®-2 3 150a 6.10 kw Xck=3% X13 n b) a) s1 X8 s3 X10 s2 X9 X11 n X12 d) X8 s3 s4 X14 X15 s3 X9 n n e) c) 60
61. Lời giải: 3 1- Chọn các đại lượng cơ bản: Scb= 100.10 kVA; Ucb= 6,3kV Scb 100.000 I cb 9,2kA 3U cb 1,73.6,3 2- Lập sơ đồ thay thế(Hình b). Tính các điện kháng theo công suất cơ bản: 100 100 x 0,125. 0,125. 0,2 1 50 : 0,8 6,25 100 x 0,075. 0,75 2 10 100 100 x 0,2. 0,2. 1,33 3 12 : 0,8 15 100 x 0,075. 0,5 4 15 100 x 0,4.10. 0,29 5 372 100 x 0,4.20. 0,58 6 37 2 100 x 0,065. 2,17 7 3 100 100 x 0,125. 0,125. 1,67 8 6 : 0,8 7,5 100.6 x9 0,03. 1,74 3.0,15.6,32 Đơn giản hoá và chuyển tới sơ đồ hình (c) x10 x1 x2 0,2 0,75 0,95 x11 x3 x4 x5 1,13 0,5 0,29 2,12 x12 x6 x7 0,58 2,17 2,75 Xác định khả năng hợp nhất các nguồn cung cấp NĐ-1 và TĐ (nguồn S1 và S2). Với sơ đồ (c) ta có: S .x 6,25.0,95 1 10 1,9 S 2 .x11 15.2,12 Do đó có thể chuyển đến sơ đồ đơn giản hoá hình (d): x10 .x11 0,95.2,12 x13 x12 2,75 3,4 x10 x11 0,95 2,12 61
62. Để tính dòng điện ngắn mạch do các nguồn S3 và S4 cung cấp cho chỗ ngắn mạch dùng sơ đồ hình (e). Sử dụng công thức biến đổi sao- tam giác, xác định điện kháng x14 và x15. Điện kháng giữa các nguồn S3 và S4 không ảnh hưởng đến giá trị dòng ngắn mạch, cho nên trong tính toán có thể bỏ qua được. x13 .x9 3,4.1,74 x14 x13 x9 3,4 1,74 8,7 x8 1,67 x8 .x9 1,67.1,74 x15 x8 x9 1,67 1,74 4,2 x13 3,4 Hai nguồn S3 và S4 ở trong điều kiện khác nhau nhiều bởi vì: S .x 7,5.8,7 4 14 22 S3 .x15 7,5.4,2 Vì vậy không thể hợp nhất những nhánh này mà phải xác định dòng điện ngắn mạch trong từng nhánh. Điện kháng tính toán từ phía hệ thốn tới điểm ngắn mạch: 77,5 x 8,7. 6,75 tt 100 Vì * 3 nên có thể tính ngay được thành phần chu ký tại mọi thời điểm: xtt I 7,1 x  1,05kA N * 6,75 xtt 77,5 với: I  7,1kA 6,3. 3 Điện kháng tính toán từ phía NĐ- 2 * 7,5 4,2. 0,3 xtt 100 Theo đường cong tính toán với giả thiết các máy phát điện có tự động điều chỉnh kích từ TĐK, tìm được bội số của dòng điện: '' K = 3,3; K0,2=2,5; K=2,3 Các trị số tương ứng của dòng điện ngắn mạch do NĐ- 2 cung cấp cho nơi ngắn mạch: '' ''.I 3,3.0,69 2,28kA I K dmF I 0,2 K 0,2 .I dmF 2,5.0,69 1,73kA I K .I dmF 2,3.0,69 1,59kA trong đó: 7,5 I dmF 0,69kA - là dòng điện định mức của NĐ-2 3.6,3 Trị số dòng ngắn mạch ba pha tại nơi ngắn mạch: I '' 1,05 2,28 3,33kA 62
63. I 0,2 1,05 1,73 2,78kA I 1,05 1,59 2,64kA ixk 1,41.1,8.1,05 1,41.1,91.2,28 8,82kA Điện kháng tính toán của hệ thống khi ngắn mạch hai pha: 2 * 2.x * 2.6,75 13,5 xtt tt Bội số dòng điện thứ tự thuận tương ứng từ phía hệ thống: '' 2 2 2 1 1 0,075 xht k 0,2.ht I ,ht 2 13,5 xtt* Dòng điện thứ tự thuận của hệ thống khi ngắn mạch hai pha: '' 2 2 2 3 I '' 0,87.1,05 0,91kA I ht I 0,2.ht I ,ht 2 Điện kháng tính toán từ phía NĐ- 2 2 * 2.x * 2.0,3 0,6 xtt tt Bội số của điện tương ứng theo đường cong tính toán ta tra được: '' 2 0,2 2 1,65; 1,4 1,65 k k 0,2 k 0,2 Trị số của dòng điện thứ tự thuận tương ứng từ NĐ- 2: '' 2 I 0,91 1,14 2,05kA 2 0,91 0,97 1,88kA I 0,2 2 0,91 1,14 2,05kA I ixk 1,41.1,82,05 5,2kA Ví dụ 2: Một trạm khí nén có sơ đồ cung cấp điện trình bày trên hình vẽ sau. hãy tính dòng điện ngắn mạch tại các điểm N1, N2, N3. Tham số của hệ thống điện không rõ, chỉ biết bằng phía điện áp cao của máy biến áp đặt máy cắt loại BM-133 có công suất đặt là Scắt= 358MVA. Các tham số của các phần tử khác như sau: - Máy biến áp B: SB =1000 kVA; KB=25; UN =5,5%; PN = 15kW - Động cơ không đồng bộ Pđm= 200kW;đc= 94%;Uđm= 380V;cos = 0,91 Ba động cơ đều làm việc đồng thời. - Đường dây chiếu sáng CbI 3x 25; l = 200m - áp tô mát A- 3134 có Iđm= 600A - Máy biến dòng BI loại TK- 3600/5A đặt ở hai pha. - Cầu dao CD - 1; Iđm= 400A 63